精密定位与操作技术是细胞操作、微纳装配、精密光学等领域的关键技术之一。随着科研人员在上述领域的研究不断深入,人们逐渐开始对精密操作的工作效率提出了更高要求,这推动了多工位精密操作方式的出现与发展。多工位精密操作通过旋转定位方式简化定位操作的复杂度,大大提高工作效率。而旋转定位技术对载物台也提出了更多的功能需求,一是区别于传统载物台的直线自由度,旋转定位技术更依靠载物台θz这一自由度;二是对载物台的运动精度提出较高要求,传统的驱动方式已经逐渐被淘汰,压电驱动技术凭借高精度、动作快、结构紧凑等优势,而应用广泛。但是压电陶瓷驱动行程小这一不足制约了其在旋转定位领域的应用。针对上述需求与当前存在技术问题,本文开展如下工作,对具有高运动精度、大行程旋转载物台进行设计与控制研究。（1）旋转载物台的结构设计与仿真分析。将尺蠖运动原理与压电驱动技术相结合,利用双层的机构设计实现了“钳位—驱动—钳位”的尺蠖运动原理,该设计方案在保留了压电驱动高精度输出的同时又解决了压电驱动输出位移小的问题。为确保所设计结构合理可靠,在正常工作条件下能平稳运行,本文利用ABAQUS有限元分析软件分别对固定件与运动件结构进行静态分析与模态分析。静态分析结果显示在最大位移载荷作用下,连接固定件上下层的柔性铰链处应力最大,运动件在放大机构的柔性铰链处应力最大,固定件最大应力28.96MPa、运动件最大应力69.25MPa都小于材料的屈服极限,不会出现塑性变形而影响旋转载物台性能;模态分析结果显示固定件谐振频率和运动件谐振频率最小值均远大于载物台正常工作频率,在正常工作过程中不会因工作在谐振频率下而产生共振,影响载物台性能和寿命。（2）驱动单元迟滞特性建模与控制。压电材料作为一种铁电材料,自身存在非线性迟滞特性,所以本文为保证所设计旋转载物台的输出精度对其驱动单元的迟滞特性进行建模与控制研究。首先对经典Prandtl-Ishlinskii（PI）模型算子进行改进,使其能够对非对称迟滞进行描述,然后为提高建模精度在改进PI模型基础上引入多项式模型构造一种复合模型,最终利用该模型对驱动单元的迟滞数据进行辨识,结果显示其辨识误差为1.9%。为削弱这种迟滞特性对旋转载物台输出精度的影响,本文完成了复合控制器的设计工作,复合控制器由反馈控制器和前馈控制器两部分组成。前馈控制器通过构建逆模型得到,反馈控制器采用PID控制器。试验结果表明复合控制输入输出曲线线性度误差为2.21%,对迟滞非线性特性有明显的线性化补偿效果。（3）微弱信号处理。由于反馈回路信号幅值较小、信噪比低严重干扰控制器性能,本文设计了模拟滤波电路和数字滤波算法相结合的微弱信号处理方案,以提高反馈信号信噪比。该方案中模拟滤波器采用四阶Butterworth低通滤波器实现,数字滤波器通过改进的变步长最小均方（Variable Step Size Least Mean Square,VLMS）滤波算法实现。利用Multisim13.0搭建模拟滤波器,并对其截止频率进行仿真验证;利用改进VLMS滤波算法对信噪比-9.947dB的带噪信号进行处理,同时与经典最小均方（Least Mean Square,LMS）算法以及传统VLMS算法对比,经本文提出的VLMS算法处理后,信号信噪比提高到4.1774dB,与另两种方案对比,改进效果明显。（4）实验测试。综合上述工作内容,加工制作旋转载物台原型样机,搭建实验测试平台对载物台的性能进行测试,得到其分辨率为10.76μrad,最大负载20N,重复运动误差小于2%,往复运动误差小于5%,满足设计指标要求。最后,总结论文研究工作,对旋转载物台及其控制的关键技术研究工作进行了展望。