压电驱动器因分辨率高、结构紧凑、控制方便、无电磁干扰等优点广泛应用于航空航天、光学工程、生物医学及超精密加工等领域。与其他类型驱动器相比,惯性压电驱动器具有分辨率高、结构紧凑、控制电路简单、行程大、成本低等优点,但也存在摩擦力/力矩难于调节、驱动能力不足、稳定性不高等问题。为解决上述问题,基于惯性压电驱动器工作原理,即惯性冲击力/力矩和摩擦力/力矩相配合实现定向运动,提出了两种摩擦控制式惯性压电旋转驱动器。对驱动元件-压电双晶片振子的静态特性和动态特性进行了分析;对比了不同摩擦模型,选择Lu Gre摩擦模型来表述驱动器的摩擦力/力矩;设计了机械式与电磁控制式调摩擦惯性压电旋转驱动器,讨论了不同驱动器的工作原理,对两种不同调摩擦结构的驱动器进行了理论分析,仿真模拟和试验验证。1.惯性压电驱动器基础理论研究首先,探究了压电双晶片振子的静态特性和动态特性。介绍了多种动态摩擦模型,结合实际情况使用Lu Gre摩擦模型来表述驱动器运动过程时受到的摩擦力/力矩。根据调摩擦结构的工作原理,分别设计了机械式调摩擦结构和电磁控制式调摩擦结构,引入了能描述摩擦力/力矩大小及其作用效果的摩擦模型,并通过SIMULINK对其进行了仿真计算。其次,基于压电双晶片振子动力学模型和Lu Gre摩擦模型,搭建了驱动器整机动力学模型,仿真结果验证了惯性式压电驱动器的可行性,为之后驱动器的结构设计和试验测试提供了理论依据。2.机械式调摩擦惯性压电旋转驱动器研究针对惯性压电旋转驱动器摩擦力矩难于调节,存在的驱动能力较弱的问题,设计制作了一种机械式调摩擦惯性压电旋转驱动器,从结构设计,力学分析,性能测试三个方面对驱动器进行了研究。结果表明,该驱动器摩擦力矩可调,结合非对称悬臂梁式压电双晶片振子后,在相同信号激励下,将角速度从1.88mrad/s提高到130.23mrad/s,提高到了原先的6.5倍,并且可以获得最大的角速度6.87rad/s,将分辨率从7.98μrad提高到2.80μrad,提高到了2.8倍,但该驱动器也存在由摩擦磨损严重、摩擦力矩不连续可调所导致的驱动器稳定性不高的问题。3.电磁控制式调摩擦惯性压电旋转驱动器研究针对机械式调摩擦惯性压电旋转驱动器输出稳定性不高的问题,设计制作了一种电磁控制式调摩擦惯性压电旋转驱动器,介绍了驱动器工作机理和运动过程,建立了驱动器整机动力学模型,进行了驱动器性能测试。测试结果表明,该驱动器摩擦力矩连续可调,摩擦磨损较少,在一定信号激励下,该驱动器位移线性度决定系数为0.99,不同电压下,10次实验结果波动率r和标准偏差S分别为10.7%、4.6%、2.9%和0.016mrad,0.011mrad、0.008mrad。本文所提出的机械式调摩擦惯性压电旋转驱动器摩擦力矩可调,驱动器驱动能力得到提升,但该驱动器也存在摩擦磨损严重、摩擦力矩调节不方便、稳定性不高等问题。而提出的电磁控制式调摩擦结构能实现摩擦力矩的连续可调,减少摩擦磨损,有效提高驱动器的稳定性。