在空间激光通信、高分辨率对地观测等设备中,精密回转机构用来精确控制光束指向,补偿大气扰动、载体振动引起的光束偏转和成像噪声,具有体积小、重量轻、结构紧凑、高分辨率、高稳定精度、高伺服带宽等特点,已成为上述设备的关键部件。本课题具体来源于国家自然科学基金重点项目——“大尺度亚微弧度级精密驱动与传动的基础研究”,主要针对精密压电驱动回转机构,开展了柔性支承构型设计、精密测角分析、压电驱动部件校核、机电仿真建模及非线性控制等研究,具体内容如下:1.根据课题的应用背景,对国内外粗精复合驱动精级部分的典型机构进行了调研,研究了现有压电驱动机构的主要控制方法及特点,从应用需求的角度,说明了课题的研究意义。2.以调研结果及粗精复合联结方式为依据,对回转机构进行了整体方案设计。结合应用背景,明确了性能指标要求,形成了回转机构的三维模型,并对其工作原理与运动方式进行了分析。3.柔性支承作为支承导向部件,与回转机构的行程、刚度、动态性能等密切相关,针对柔性支承的设计问题,研究了其各向刚度与固有频率的理论计算方法,并利用有限元软件ANSYS对柔性支承的回转刚度、固有频率等基本特性进行了仿真分析,证明了理论与仿真方法的一致性。4.对所选压电陶瓷进行了分析与校核,提出了一种确定性预紧方法,并使用特定型号的压电驱动电源,对所选压电陶瓷的线性度、行程、开环频率特性等进行了性能试验。对精密测角元件进行了选型,分析了精密测角方法,通过系数标定提高了测角精度。5.为达到理想的控制性能,采用集总参数法和有限元仿真法,建立了回转机构的线性化机电仿真模型,并利用Hammerstein模型和Bouc-Wen迟滞算子,建立了非线性迟滞模型,利用遗传算法和扫频法,对模型参数进行了辨识,基于该模型对非线性控制方法进行了探索。6.通过搭建实验平台,对所研制回转机构的基本性能进行了测试,结果表明回转刚度为0.066Nm/μrad,运动分辨率优于1μrad,工作行程为675.9μrad,固有频率约为1KHz,从而验证了理论计算与仿真方法的正确性。并对非线性控制方法进行了试验,100μrad、150Hz正弦指令的跟踪误差小于8μrad。所得测试结果达到了预期的设计目标。