微位移技术作为精密机械与精密仪器的关键技术之一,在微电子技术、航空航天、生物工程等方面有着重要的作用。柔性机构具有高精度、无摩擦、免装配、可整体加工等优点,压电驱动器具有分辨率高、响应快、精度高、刚度大、输出力大及结构紧凑等优点,因此当前纳米级精度微位移定位和运动一般使用压电陶瓷驱动器驱动柔性机构来实现。然而压电驱动器的输出位移很小,一般只有几十微米,因此需要对压电驱动器的输出位移进行放大。目前,研究具有微位移放大功能的柔性放大机构已经成为国内外研究的重点与热点。针对当前柔性放大机构中存在的位移放大比小、负载能力低等问题,本文设计了两种基于压电陶瓷驱动的新型微位移柔性放大机构。具体研究工作如下:(1)针对当前柔性放大机构中存在的位移放大比小、负载能力低等问题,提出了两种新型柔性放大机构构型。第一种放大机构为融合了桥式机构和Scott-Russell机构的复合桥式放大机构,通过在桥式机构内部嵌入Scott-Russell机构来提升其输出刚度和负载能力;第二种放大机构采用L型杠杆机构和半桥式机构来组成两级对称放大机构,通过两级位移放大,极大提升了机构的位移放大比。(2)利用刚度矩阵法建立了两种放大机构的静力学和动力学解析模型。首先,将放大机构的柔性铰链看作平面三自由度的柔性单元,其余部分看作刚体,通过对刚体位移及其所受力进行坐标变换,得到反映机构整体结构静力学特性的刚度矩阵模型,并以此矩阵模型为核心研究了所设计机构的位移放大比和输入输出刚度。最后,使用拉格朗日方程研究了所设计机构安装及未安装压电陶瓷时的动力学特性。(3)通过有限元仿真和实验分析,对两种放大机构的位移放大比、输入输出刚度和固有频率等静动态特性进行验证,并与解析模型进行对比。首先,使用有限元仿真软件ANSYS Workbench得到机构的位移放大比和固有频率等静动态特性。加工出机构实验样机后,利用Labview虚拟仪器软件搭建了开环实验系统以验证机构各类性能。结果表明,复合桥式放大机构的负载能力比桥式放大机构提高了285%,两级对称放大机构的位移放大比高达27.5;解析模型、仿真分析和实验验证的结果具有一致性,说明了所设计机构的可行性及解析模型的可靠性。(4)利用基于动力学逆模型前馈控制和PID反馈控制相结合的复合控制方法实现了对放大机构的高精度和高速控制。研究了逆模型前馈控制、PID反馈控制及基于动力学逆模型前馈控制和PID反馈控制相结合的复合控制,并应用x PC Target搭建了压电陶瓷硬件在回路的半实物实时仿真控制系统,对复合桥式放大机构进行了PID反馈控制下的阶跃信号定位实验及复合控制下的正弦信号轨迹跟踪实验。结果表明,相比于单纯使用PID控制器,利用动力学逆模型前馈结合PID反馈控制的方法能够使复合桥式放大机构具有更好的跟踪精度。