随着精密制造技术在更多领域的广泛应用,微纳定位系统逐渐成为学术界和工业界的研究热点。在微纳定位系统当中,驱动器作为极其重要的组成部分,它的性能直接影响了整个系统的输出精度。在众多驱动器中,压电陶瓷驱动器由于超高的分辨率、极快的响应速度、较低的能耗等诸多优势已经成为微纳定位领域较为理想的一种驱动元件。然而压电陶瓷驱动器的电压-位移输出特性表现出一种非光滑的复杂非线性特征,这种特性的存在严重影响了微纳定位系统的整体性能。除此之外,在二维微纳定位系统中广泛表现出压电驱动器间的耦合效应,大大降低了微纳定位系统的输出精度,增加了平台的控制难度,限制了二维微纳定位平台的使用范围。基于以上问题,本文以二维微纳定位平台为研究对象,深入研究压电陶瓷驱动器的迟滞非线性特性及其形成机理,建立了Duhem迟滞模型,通过将迟滞曲线分成升压段与降压段分别进行参数识别的方式提高了建模精度,基于人工鱼群算法,引入蝙蝠算法提高了模型参数的辨识精度。控制方面,首先设计了x轴方向和y轴方向的前馈控制器对压电陶瓷驱动器进行迟滞补偿;又设计了x轴方向和y轴方向的解耦控制器来减少耦合效应对系统造成的影响;最后设计了x轴方向和y轴方向的复合控制器对微纳定位系统进行闭环控制以减少外界干扰因素对系统造成的不良影响,提高控制精度。通过一系列实验验证了本文所建模型的准确性以及所设计控制器的有效性。本文具体研究内容如下:(1)压电陶瓷驱动器的特性研究。深入研究压电陶瓷的迟滞非线性特性、蠕变特性、频率相关性以及温度特性等几大基本特性,从压电陶瓷材料的电致伸缩效应、铁电效应以及逆压电效应三个方面来解释迟滞非线性的形成机理。研究了二维微纳定位系统中压电陶瓷驱动器间的耦合效应,总结分析二维微纳定位系统的特点。(2)建立Duhem迟滞模型。将迟滞曲线分成升压段和降压段两个部分进行模型参数的辨识,由此建立分段Duhem模型。通过对比两种参数辨识方法所建模型的准确性,验证了分段辨识模型参数的有效性。通过仿真实验验证了所建模型在不同频率电压信号下的有效性。(3)优化参数辨识算法。基于人工鱼群算法,引入蝙蝠算法中的声波发射频率和全局最优解对其进行优化。将人工鱼群算法(AFSA)和优化后的人工鱼群算法(BA-AFSA)建立的Duhem迟滞模型进行准确性对比,验证了优化后的人工鱼群算法(BA-AFSA)在参数辨识方面的有效性。(4)设计前馈控制器。以建立的Duhem模型的逆模型为基础模型分别设计x轴方向和y轴方向的前馈控制器对压电陶瓷驱动器进行迟滞补偿,通过前馈控制实验验证了两个方向控制器的有效性。(5)设计解耦控制器。分别设计x轴方向和y轴方向的解耦控制器来减少由于压电陶瓷驱动器间的耦合效应对系统输出精度产生的负面影响,通过解耦控制实验验证了两个方向控制器的有效性。(6)设计复合控制器。引入PID控制器对系统进行反馈控制,分别设计x轴方向和y轴方向在前馈,解耦和反馈共同作用下的复合控制器对二维微纳定位系统进行精密控制,通过复合控制实验验证了两个方向控制器的有效性。