随着工业制造技术的不断发展,对于精密制造和加工的技术需求越来越大。压电驱动器作为一种精密驱动器,其结构简单、行程大、无电磁干扰等特点,在精密加工、生物医疗、半导体加工制造、光学对焦、及材料微观力学性能测试等技术领域得到广泛研究。提高驱动器速度对于驱动器工作效率的提高极为重要,但由于当前压电驱动器驱动方法限制,需要增大驱动波形的幅值和频率来增大驱动器的速度,这会导致驱动器在运动过程中产生较大的振动,并且在高频高幅的波形激励下,压电元件的寿命会受到很大影响。为了保证压电驱动器在小幅波形激励下实现高速运动,提高压电元件的使用寿命和驱动器的稳定性,本论文提出了直驱-超声复合驱动思想。论文介绍了压电驱动器基本理论,给出了压电叠堆和柔性铰链基本计算公式。分析了直流驱动波形和超声驱动波形驱动特点,建立了耦合驱动波形的数学模型,阐明了耦合驱动波形实现机理以及压电叠堆驱动机理。深入研究了驱动足与导轨在三种摩擦状态下的摩擦特性,并且揭示了驱动过程中驱动足位移、压力以及与导轨之间的摩擦力变化规律,解释了驱动器的运动成因,进一步将直驱-超声耦合波形、压电叠堆驱动机理以及驱动器接触摩擦机理进行复合,提出了直驱-超声复合驱动方法实现方案。研制了复合驱动器样机模型,深入分析了复合驱动方法特点,详细阐明了驱动器工作原理。运用有限元仿真方法,对定子驱动足进行静力学仿真分析,揭示其沿着坐标轴的变形以及位移运动规律,对定子以及定子-导轨的模态分别进行仿真分析,计算得出驱动器超声驱动波形激励下最佳驱动频率范围。搭建了驱动器耦合波形激励下的实验性能测试系统,对驱动器耦合波形激励下的性能进行测试。测试结果表明,驱动器最大输出速度为70.26 mm/s,最大推力达1.36 N,并且通过调节直流驱动电压实现了驱动器负载力的可调控输出。此外,论文进一步研究了驱动器双向微位移实现方法,通过Lab VIEW软件控制信号采集板卡实现了驱动器激励波形的可选择输出。通过正弦波形激励驱动器,验证了驱动器双向微位移运动的可行性。搭建了驱动器双向微位移测试系统,运用不同类型的直流驱动波形对驱动器双向微步进位移特性进行测试。双向实验测试结果表明,驱动器正反向最佳微步距分别为13 nm、23 nm,验证了驱动器开环条件下高精度微位移特性。