随着纳米技术的发展，对关键的纳米操作技术提出了越来越高的要求。纳米操作技术是指对纳米级对象进行操作的技术，该技术为纳米科学研究提供了条件与基础。纳米级的驱动与定位技术是纳米操作的核心技术，已经受到越来越多的科研工作者重视，并已经取得了很大的发展。在纳米操作领域中，纳米操作技术需求的不断增大，推动着跨尺度驱动与定位技术的研究发展。跨尺度技术设备尺寸很小，能够在有限的空间内实现毫米级的运动行程，并能实现纳米级的分辨率和重复定位精度，对纳米技术发展起着至关重要的作用，在精密加工、生物工程、半导体制造、医疗机器人、光学制造、航空航天等重要科学领域中，都有着举足轻重的地位。针对一些要求大行程、高速、高精度的技术设备，目前代表性的跨尺度纳米驱动定位技术主要有：宏微混合式驱动定位、超声波式驱动定位、直动式驱动定位、尺蠖式驱动定位、惯性式驱动定位。其中，惯性式粘滑驱动定位技术以其运动范围大、分辨率高、结构简单、体积小、集成度高、运动速度快等突出优点，在各领域获得了广泛的应用。本文在这样的研究和应用背景下，提出以压电陶瓷作为驱动源的跨尺度驱动定位技术——粘滑式惯性驱动定位技术的研究。　　在江苏省杰出青年基金“基于SEM跨尺度纳米操作机驱动机理及自动化操作方法研究”(项目编号为BK2012005)资助下，本文在研究分析了国内外跨尺度驱动定位技术的基础上，分别从基于粘滑驱动原理的定位台结构设计、定位台的一体化动力学建模和仿真分析优化、驱动和闭环控制系统设计、样机参数测试及控制系统实验研究共四个方面进行了深入研究：　　首先，设计基于粘滑驱动原理的定位台结构。为了满足在特定环境下实现纳米操作，设计基于粘滑驱动原理的纳米级定位台，该定位台要结构尽可能的紧凑、行程大、运动速度快、定位精度高，选择压电陶瓷致动器为驱动源，柔性铰链作为传动机构。为了在快速大行程的运动条件下保证其精度，该定位台集成有光栅反馈部件。该定位台的驱传动部分被设计成一个独立的模块，可以对摩擦力进行调节，大大提高可承受的负载上限。　　其次，建立定位台的一体化动力学模型并进行仿真分析优化。分别对驱动源压电陶瓷致动器建立电学模型和力学模型，并对压电陶瓷、柔性铰链、质量块组成的驱传动部分建立动力学模型。根据粘滑驱动的原理，结合所选的LuGre摩擦力模型，建立起整个定位台在水平方向上运动的一体化动力学模型。对粘滑驱动定位台进行动力学的仿真，分析结构设计中一些参数对定位台运动性能的影响，分析负载质量和粘滑摩擦力对定位台运动性能的影响。根据仿真分析结果，对定位台的结构设计进行优化。　　再次，设计驱动和闭环控制系统。设计制作压电陶瓷致动器的驱动电源，并对其进行必要参数的测试，确保该电源的动态性能能满足实验所需。在获得电源参数的基础上，利用之前建立的一体化模型，仿真分析电压信号的幅值、频率、阶跃时间对定位台运动性能的影响。设计闭环控制方法，采集光栅读数头的脉冲信号，辨别并过滤其中的错误信号，对有效的脉冲进行判向和计数，实现对定位台运动方向的判断、位移大小的反馈。编写PC端程序，对定位台的运动进行闭环控制，保证定位台在进行快速大行程的运动时具有纳米级的精度。　　最后，制作样机并进行实验测试。加工定位台样机，搭建实验系统，测试定位台的开环性能和闭环性能，开环性能主要包括分辨率、最小步长、最大速度、步长重复性、负载能力以及减小摩擦力的效果。闭环性能测试中，测量仪器使用最高精度的档位，测定定位精度，并使用足够量程的档位，测定观察定位台高速、大行程运动的定位精度和曲线形状，验证闭环控制算法的精度和正确性。