精密驱动技术是精密仪器、生物医学、集成电路和空天科技等领域的重要支撑技术之一。然而,随着科学技术的不断发展,上述高新技术领域对驱动装置结构尺寸、定位精度等技术特性的要求日益提高,传统驱动技术渐显乏力。压电驱动技术是基于逆压电效应,以振动和摩擦为主要驱动方式的新型驱动技术。相较于传统技术,应用压电驱动技术的驱动装置具有体积小、重量轻、精度高、响应快和无磁场干扰等优势,具有重要的应用价值和发展潜力。粘滑型压电驱动装置,是一种步进式压电驱动装置,因其结构紧凑、控制简单、精度高和行程大的优势,受到相关领域国内外学者的广泛关注。但现有粘滑型压电驱动装置的研究,在性能影响因素的分析、结构设计与优化的理论指导、驱动信号与控制方法的研究等方面,还存在一定的不足。导致该类驱动装置在结构尺寸、承载能力、驱动速度和定位精度等方面的优势未能得以充分发挥。为了解决上述问题,本文在分析研究粘滑型压电驱动原理与机制的基础上,建立了驱动装置动力学模型,研究了影响其性能的主要因素,提出了对其性能进行优化改进的新式驱动方法,开展了结构小型化的研究,并进行了控制系统的开发。论文通过试验测试与有限元仿真相结合的方式,研究了驱动足形状、叠堆预紧力、驱动预紧力、摩擦系数对粘滑型压电驱动装置运行状态的影响。进而,综合考虑压电叠堆、柔性机构、动子质量、耦合角度、摩擦传动、接触变形等多环节多因素,基于模块化思想建立了粘滑型压电驱动装置的通用动力学模型。采用MATLAB/Simulink对动力学模型开展仿真计算,分析了运动耦合角度、驱动信号对称性、柔性机构刚度、动子质量等参数对驱动装置性能的影响规律。为提升粘滑型压电驱动装置的速度、驱动力与定位精度,论文设计了基于寄生惯性原理的仿翼骨型驱动装置,试验测得其往返运动误差为4.5μm,双向运动速度分别为88.68μm/s和70.95μm/s,垂直负载能力为200 g。进而,通过补充预紧力调整功能、优化柔性机构的方式进行改进,改进后装置往返运动误差降至1.5μm,双向运动速度增至1.56 mm/s及1.05 mm/s,垂直负载能力保持200 g。因寄生惯性驱动方法未能有效利用压电叠堆性能,论文对该驱动方法进行改进,提出了多叠堆协同驱动和叠堆位移增幅两种驱动方法。研制的协同驱动型驱动装置最大速度为151.4 mrad/s,垂直负载能力为636.9g;位移增幅型驱动装置的开环位移分辨力为0.594μm,峰值速度为0.74 mm/s,垂直负载能力达到了3.6 kg。为了实现驱动装置小型化,论文开展了结构与尺寸优化研究。在位移增幅型驱动装置的基础上,将柔性机构的结构形式从串联型优化调整为并联型,有机融合了不对称刚度和平行四边形两种柔性机构的结构特征,使其尺寸从112 mm×70 mm×5 mm缩小至40mm×22 mm×5 mm,驱动装置速度则提升至18.08 mm/s,水平负载能力为120 g。为了进一步缩小驱动装置尺寸,设计了悬臂梁型驱动足取代了驱动预紧力调整机构,取消了柔性机构的位移增幅功能,提出了基于动力学模型和遗传算法的尺寸优化方法,研制了小型化粘滑型压电驱动装置,其尺寸仅为27 mm×25 mm×20 mm,最高速度为4.1 mm/s,水平负载能力为110 g。基于小型化粘滑型压电驱动装置,论文开展了驱动信号及控制方法的研究。首先对粘滑型压电驱动装置常用的锯齿波信号进行优化,提出了基于动力学模型的波形优化方法,优化后的锯齿波在100 Hz和1000 Hz的条件下对驱动装置的速度提升分别为20.56%和29.48%。进而,论文研究了驱动装置的运动控制方法并编写了配套控制软件,实现了对驱动装置的精确控制,提出了模糊控制变速方法以减小驱动装置位移过冲,提出了模糊/PID复合控制方法以抑制驱动装置振荡,令稳态定位误差达到10 nm以下。最后,将两个小型化粘滑型压电驱动装置组合成二自由度定位平台,集成于纳米压痕测试系统中,实现了对材料试件的精密定位。本文的研究以机理分析-提升性能-缩小尺寸-控制研究为主线,由内而外地开展了对粘滑型压电驱动装置的系统研究,通过建立动力学模型、改进驱动方法、缩小结构尺寸、优化驱动波形、开发控制系统等研究工作,研制的小型化驱动装置在尺寸、速度、驱动力、定位精度方面均表现优秀。本文的研究成果为粘滑型压电驱动装置提供了重要的理论与应用基础,对推动压电精密驱动技术的发展具有重要意义。