压电惯性摩擦驱动器结合了压电驱动原理与惯性摩擦驱动原理,具有长行程(理论上可达无限长),高精度(几十纳米),结构简单,便于计算机控制的特点,因而它在宏行程高精度驱动领域有着明显的优势。而宏行程高精度驱动技术是微原件装配,高能量光源定位与控制,高精度定位以及跟踪控制等的最关键技术之一。在航空航天,智能制造以及微纳米技术飞速发展的背景下,对宏行程高精度驱动器的研究具有重要意义。压电惯性摩擦驱动器本质是一种步进驱动器,但是与步进电机简单地步进运动相比,其每一步里都包含粘滞阶段和滑动阶段两个阶段。两个阶段相互配合最终完成一次步进运动,输出一个步长的净位移量。这种步进运动需要合理设计压电惯性摩擦驱动器中各个部件之间的摩擦力与惯性力才能实现。更具体地说：在粘滞阶段,摩擦力越大,惯性力越小,越有利于驱动器的运行；在滑动阶段,摩擦力越小,惯性力越大,越有利于驱动器的运行。由于不同驱动阶段对摩擦力的要求不同,而且摩擦力对系统扰动和结构改变具有高度敏感性和不确定性,所以在实践中,压电惯性摩擦驱动器也对系统扰动(即：对鲁棒性要求很高)和系统结构的改变非常敏感(即：对弹恢复性要求很高)。因此,对于一个压电惯性摩擦驱动器系统,衡量系统性能的因素不仅仅是定位精度和跟踪能力,系统稳定性,鲁棒性以及弹恢复性也是重要的考量标准。本课题以压电惯性摩擦驱动器为研究对象,通过对该驱动器的深入研究,推动宏行程纳米精度驱动技术的发展,使之取得根本性的进步。本课题主要工作包括：一、在全面分析以往压电惯性摩擦驱动器研究的基础上,将现有的两种压电惯性摩擦驱动器归纳为一个普遍驱动原理,该普遍原理可以涵盖所有压电惯性摩擦驱动器。为压电惯性摩擦驱动器的设计、优化提供了理论指导。二、在上述普遍原理的框架下,从结构设计、系统建模、控制器设计三个方面讨论了现有的压电惯性摩擦驱动器研究。总结出压电惯性摩擦驱动器目前发展的主要问题：在结构设计方面,没有考虑摩擦表面温度和压力的测量与控制,以及摩擦表面材料更换的问题,而这些都是影响驱动器精度的重要因素；在系统建模方面,没有一个模型可以全面考虑影响压电惯性摩擦驱动器性能的所有因素,特别是对摩擦力的建模,由于摩擦理论发展水平的限制,目前压电惯性摩擦驱动器中摩擦力模型仍然是难点；在控制器方面,目前压电惯性摩擦驱动器的研究十分有限,仍然采用开环控制或者简单的PID反馈控制,控制效果并不理想。三、设计并搭建了一个具有最优性能的压电惯性摩擦驱动器实物系统,以及与之配套的位移采集系统、摩擦表面温度调整方案与温度采集系统,摩擦表面压力调整方案与压力采集系统。最终设计出一套定位精度,驱动速度以及驱动行程等方面都明显优于现有压电惯性摩擦驱动器的驱动系统。弥补了现有压电惯性摩擦驱动器在摩擦正压力调节与监测,摩擦表面温度控制与监测以及摩擦表面材料更换等方面的不足。为压电惯性摩擦驱动器热效应研究提供了可能。这套系统也证明了摩擦表面温度地升高对系统性能有重大影响,而通过合理的机构设计与控制器设计,可以有效消除这一影响。四、建立了一个综合考虑所有影响压电惯性摩擦驱动器性能因素的综合模型。该模型全面考虑了压电惯性摩擦驱动器中：压电驱动器迟滞非线性、驱动块与压电驱动器线性动态特性、驱动块与终端输出器之间摩擦力、终端输出器质量以及摩擦表面摩擦热效应。然后通过实验验证了各个子模型对各个影响因素描述的准确性以及综合模型对压电惯性摩擦驱动器总体性能描述的准确性。五、设计了一套能显著提高压电惯性摩擦驱动器定位精度与定位速度的控制器。基于压电惯性摩擦驱动器的驱动特性,将驱动过程分为步进阶段和精密定位阶段,并结合不同驱动阶段的特点,为不同的驱动阶段设计不同的控制器。并通过实验对比验证,证明了该控制器在步进阶段,通过电压比例控制器明显提高了驱动速度；在精密定位阶段,通过前馈控制与反馈控制相结合,有效提高了系统整体的定位精度与定位速度。六、深入研究了压电惯性摩擦驱动器弹恢复性问题。通过分析热效应导致系统失效的根本原因,进而根本原因出发,设计出两种能有效克服热效应失效问题的控制方案,并通过实验验证两种控制方案都能有效克服热效应问题,使系统弹恢复性得到提高。