压电陶瓷执行器是新型的微位移器件,在精密定位、微机电系统、微纳米制造技术、纳米生物工程等领域中得到了广泛应用。压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移系统中的重要组成部分,它直接决定着压电陶瓷执行器的精度、稳定度、动态性能等性能指标。为了增大压电陶瓷执行器的输出位移和输出力,通常采用叠堆型压电陶瓷执行器,使压电陶瓷执行器呈现强容性的特性,其等效电容往往达到几微法,这给驱动电源的设计带来了困难。国内很多压电陶瓷驱动电源只针对压电陶瓷的静态应用,动态性能差,直接影响了压电陶瓷在振动隔离、精密快速定位等场合的应用。本文针对压电陶瓷执行器呈现强容性的特性,研究了通过提高电源的峰值充放电电流和峰值输出功率以提高压电陶瓷执行器驱动电源的动态性能的原理及系统,提出采用高压运算放大器结合准互补对称功率放大电路构成的输出级以提高驱动电源的输出电压范围的方法和采用多组准互补对称功率放大电路构成的输出级并联以提高输出峰值功率的方法,开发了实际的压电陶瓷执行器驱动电源系统。实现了通过数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)和电子设计自动化(Electronic Design Automation, EDA)技术对压电陶瓷驱动电源的数字化。本文的主要研究工作和成果包括:(1)研究了基于误差放大原理的压电陶瓷执行器动态驱动电源,提出采用高压运算放大器结合准互补对称功率放大电路构成的输出级以提高驱动电源的输出电压范围的方法和采用多组准互补对称功率放大电路构成的输出级并联以提高输出峰值功率的方法,并对这种方法进行了理论分析和计算。采用OrCAD软件对基于上述原理实现的电路进行了仿真以确定电路的参数和预估电路的性能。(2)采用本文提出的提高压电陶瓷驱动电源的输出峰值功率的方法开发了一种动态压电陶瓷驱动电源,并进行了实验测试。实验测试结果表明驱动电源输出功率达270W(峰值电流输出0.8A),分辨率为20mV,线性度优于99.9%,纹波小于10mV。(3)研究了基于TMS320F2812的压电陶瓷驱动器/控制器数字系统的整体设计方案及各个部分的工作原理,包括硬件设计(电源管理、A/D、D/A、串口、USB、实时时钟、键盘、液晶)和软件设计。(4)提出了一种跟随式压电陶瓷驱动电源的设计方法,通过OrCAD软件对驱动电源进行了仿真验证和分析,并开发出基于上述原理的驱动电源,进行了实验测试。测试结果表明跟随式压电陶瓷驱动电源虽然具有稳定性好和结构简单的优点,但是精度不高、并且静态时存在较大的功耗。通过将跟随式驱动电源和误差放大式驱动电源进行比较,得出误差放大式压电陶瓷驱动电源优于跟随式压电陶瓷驱动电源的结论。(5)采用本文提出的原理开发的压电陶瓷驱动电源已应用于基于压电陶瓷执行器的六自由度振动隔离平/定位平台的驱动系统,开发出了基于Stewart平台的六轴振动隔离/定位平台的原型系统。本文的研究工作为开发动态压电陶瓷驱动系统提供了一种新方法。