微动平台一般以柔性铰链为导向机构,由于系统固有频率低,会严重限制传统PID算法的控制带宽,影响定位精度。因此,设计自抗扰控制算法(ADRC)将系统未建模动态与外部未知扰动共同视作“总扰动”,通过扩张状态观测器(ESO)进行估计和补偿,提高系统的控制带宽。为了充分利用已知的模型信息,设计基于模型的ADRC算法,将柔性铰链标称模型输入到ESO中,进一步提升系统的控制性能。最后,通过10μm行程的点位运动实验进行验证。结果表明因为控制带宽无法过大而导致PID难以响应,ADRC提高了控制系统带宽,实现了精密定位;模型ADRC进一步提升了响应速度与定位精度。相比ADRC,模型ADRC整定时间缩短了68.1%,最大跟踪误差降低了53.8%,定位精度提升了60.7%。

提出一种以柔性铰链结构为导向机构、压电陶瓷为驱动器的三维超微定位工作台,对三维超微定位工作台的非线性和动态特性的问题进行了研究,提出改善方法以提高系统的定位性能。将三维超微定位平台用于微操作机械手。

根据杠杆原理，使用结构紧凑的柔性导向支承机构，将压电驱动元件的伸长量传递到精密机床的进给系统上，进行精密进给。调节输入输出比可改变输出量大小及系统刚度。简述设计过程，提出了铰链的解析模型和有限元模型。测试结果表明柔性导向支承机构的静态刚度为5．5N／μm，自振频率为439Hz；微进给工作台行程为25μm，静态刚度约为200N／μm。

根据步进运动原理,采用分立式布局,提出大行程高分辨率旋转精密驱动器.该精密驱动器采用电磁杠杆柔性铰链箝位,以压电陶瓷为驱动源,利用柔性盘铰链把压电叠堆的直线运动转化成旋转运动,实现了大行程精密步进旋转驱动.实验表明:该驱动器具有钳位牢固、分辨率高、行程大等特点,适用于微操作中大行程高分辨率的旋转驱动.

研究、设计了一种以柔性铰链为导向元件、压电陶瓷为驱动器的微定位机构,给出了机构的动力学模型.结合检测装置和微机控制系统,设计并研制了基于前馈控制同数字PID反馈控制相结合的复合控制的微定位系统.实验表明,微定位系统定位行程可达100μm,定位分辨力0.01μm.

在微力微位移装置中采用闭环控制压电作动器实现微位移进给和微力加载，设计了加载机构，建立加载机构的压电作动器输入电压、加载装置输位移和输出力之间的关系。通过电容测位移仪检测输出位移，实验得到加载系统刚度，根据压电作动器输入电压、加载装置刚度，计算出加载力大小。该方法为微机械力学性能测试仪打下了基础。

分析了两类柔性微动直线导轨的结构特点，提出一种以刚度比指标来综合衡量柔性微动直线导轨导向性能的方法。基于Castigliano（位移）第二定理推导了计算两类柔性微动直线导轨不同方向静刚度的解析表达式。对两类柔性微动直线导轨的设计实例进行分析，结果表明其中一种具有叠形支链的柔性微动直线导轨具有更好的导向性能。该文方法和结论可为柔性微动直线导轨的选型与设计提供参考。

微动平台主要以柔性铰链作为其位移导向机构,但是目前常用的弹片式柔性铰链在作为导向机构时存在严重的应力集中的现象,切口型柔性铰链由于严重的局部变形,在传递较大位移时也会产生很大的应力,而应力太大会严重影响柔性机构的疲劳寿命。运用圆倒角弹片式柔性铰链设计了一维微动平台导向机构,运用卡氏第二定理推导了其导向刚度公式,并研究了导向应力集中系数。通过与有限元分析的对比,导向刚度计算公式的最大误差为2.57%,导向应力集中系数的最大误差为1.7%。

为了提高3自由度并联微定位平台的性能,研究了一种新型的混合柔性铰链微定位平台,它由正圆柔性铰链和直角柔性铰链组成。根据正圆柔性铰链和直角柔性铰链的不同特性,设计出了新型的混合柔性铰链微定位平台。先建立传统的3-RRR柔性铰链微定位平台和新型的混合柔性铰链微定位平台模型。再通过有限元分析软件,比较了新型混合柔性铰链微定位平台和传统的3-RRR柔性铰链微定位平台的柔度和灵敏性。结果表明,混合型柔性铰链微定位平台较传统的3-RRR柔性铰链微定位平台有更好的性能。

针对传统机械式的微位移机构无法满足高精度的定位要求,而柔性铰链本身驱动又存在驱动位移小的问题,设计了基于柔性铰链的杠杆放大机构。利用有限元分析软件A N SY S W orkbench12对微位移机构进行静力学和动力学模态分析,通过理论计算和仿真结果对比,微位移机构的尺寸可以满足设计要求。