实现微纳米级精密定位在医学、精密制造、半导体和微电子学等领域已经成为相关核心装备性能提升的关键。与传统的驱动电机相比,基于压电陶瓷材料、超磁致伸缩材料等智能材料所设计的智能材料驱动部件在微纳米级定位精度条件下具有驱动速度快、精度高、噪音小以及驱动力大的优势,但其材料特性造成驱动输入输出信号之间存在强回滞非线性,并与输入频率和载荷的影响相互耦合,限制了智能材料驱动部件驱动跟踪性能的提升。因此如何有效表征智能材料驱动部件中的非线性输出特性,成为后续控制策略设计提升驱动性能的重要基础。本论文主要以压电陶瓷驱动器为研究对象,设计了一套压电驱动部件变载荷实验平台,重点研究压电驱动部件在输入频率变化和负载变化条件下驱动输出特性。以PrandtlIshlinskii(P-I)模型为基础,提出了一种带载荷“率相关”回滞建模方法,实现对压电陶瓷驱动部件复杂输出特性的解析表征。本文主要的研究工作分为以下三个方面:1.完成压电陶瓷驱动器带载荷实验平台的设备选型和机械结构设计。所设计的压电陶瓷驱动定位平台以重力方向上的刚性负载质量变化来实现变载荷条件,为开展输入驱动频率变换及载荷变化条件下的压电陶瓷驱动部件输入输出特性研究提供平台支撑。2.实现输入驱动信号宽范围频率变化条件下的变载荷输出特性测试。考虑输入信号频率和载荷两个因素变化对实际驱动输出特性的影响,完成压电驱动部件在微米级输出特性的实验测试,便于后续研究频率相关的回滞非线性和载荷相关的动态特性之间的耦合性。3.提出一种带载荷“率相关”回滞建模方法。为了有效表征压电陶瓷驱动部件输出特性在变频率及变载荷条件下的内部规律,在本论文中,采用RDPI(Rate-dependent Prandtl-Ishlinskii)回滞模型和二阶线性系统串联的模型的方法来描述压电驱动部件的输入输出特性。通过在Play算子中引入输入信号变化率影响和加载载荷特性之后所造成的二阶动态特性表征,所提出的建模策略能有效反映输入信号变化率和载荷特性的耦合性。结合所搭建的实验平台,在带载荷情况下完成了1Hz~80Hz宽驱动频率范围的实验验证,实验结果验证了所提出模型的有效性。本论文中所提出的建模策略可以较好地描述压电驱动部件在实际应用条件下的真实驱动特性,所提建模策略也便于控制器设计,对后续实现微纳级精密定位控制策略研究奠定重要的理论基础。