随着精密定位技术的发展,基于压电陶瓷驱动的微纳定位系统已经在工业生产与科学研究中得到广泛应用,例如,纳米压印,光电封装,细胞排列与跟踪,精密加工等。压电陶瓷驱动器是基于压电陶瓷驱动的微纳定位系统重要组成部分,其驱动精度直接影响微纳定位系统的定位精度,因此,研究分析提升压电陶瓷的驱动精度具有十分重要的意义。压电陶瓷存在复杂的迟滞非线性特征,在使用过程中容易产生震荡,控制复杂且容易导致系统不稳定。当前提升压电陶瓷驱动精度需要依靠合理的数学模型对其迟滞特征进行准确地描述,但现有大多数迟滞模型精度不高,结构复杂,参数众多且难以辨识。此外,现有迟滞模型往往只能描述迟滞静态特性或者动态特性,适用范围过于狭窄。为了补偿压电陶瓷的迟滞非线性,进一步提升驱动精度,本文深入研究了压电陶瓷非线性建模及其迟滞补偿控制方法,主要内容如下:首先,针对传统迟滞模型结构复杂,参数众多,难以获取解析逆模型等特点,提出了一种新型多项式压电陶瓷迟滞模型。该模型基于压电陶瓷实际迟滞非线性特征,将迟滞曲线根据输入电压大小进行分段处理,分别用二次多项式和线性表达式来描述。与传统的迟滞模型比较,该模型结构简单,参数较少,容易求解逆模型。随后在多项式逆模型的基础上,提出了基于多项式逆模型前馈控制方法和混合控制方法,后续实验结果证明基于该模型的迟滞补偿控制方法的可行性与有效性。其次,针对当前迟滞模型适用范围过于狭小,只能描述迟滞静态特性或动态特性,模型精度较低的缺陷,本文提出了一种基于经典Prandtl-Ishlinskii模型的广义迟滞模型,并进行了实验验证。该广义迟滞模型既能描述迟滞静态特性,又能描述动态特性,通过使用二次多项式及初始位移项来描述迟滞非线性静态特性,通过引入输入信号频率参数,描述不同频率下迟滞曲线的动态特性。在此基础上,本文利用直接逆模型建模方法获取迟滞逆模型,结合自适应LMS算法,设计了两种迟滞补偿控制方法:基于单逆模型的自适应控制方法和基于双逆模型的自适应控制方法,并设计基于迟滞逆模型的前馈控制器和PID控制器作为对照组。随后通过点对点追踪、正弦信号追踪和多频率信号追踪三组实验证明了基于逆模型的自适应控制方法实现高精度的运动控制,其中基于单逆模型的自适应控制效果最好。最后,利用计算机微视觉测量系统非接触、高分辨率、多自由度测量等优点,本文将计算机微视觉测量系统,三自由度微位移平台和压电陶瓷驱动器等结合,设计了一种基于压电陶瓷驱动的微纳定位系统。并在已提出的广义迟滞模型和基于单逆模型的自适应控制方法的基础上,设计了三自由度微纳定位系统的半闭环和全闭环控制方法。为更进一步提升系统的定位精度,还设计了带有前馈解耦控制器的全闭环控制方法。通过圆轨迹跟踪实验证明了这两种全闭环控制方法的有效性。