非共振型壓電電機驅動的大行程精密定位旋轉平臺的建模和實驗

黃衛清，陶 杰*，孫夢馨，王 寅，2，盧 倩

(1.南京航空航天大學 機械結構力學及控制國家重點實驗室，江蘇 南京 210016；2.華僑大學 精密測量技術及儀器研究中心，福建 廈門 361021)

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非共振型壓電電機驅動的大行程精密定位旋轉平臺的建模和實驗

黃衛清1，陶 杰1*，孫夢馨1，王 寅1，2，盧 倩1

(1.南京航空航天大學 機械結構力學及控制國家重點實驗室，江蘇 南京 210016；2.華僑大學 精密測量技術及儀器研究中心，福建 廈門 361021)

針對目前光波導封裝使用的精密定位平臺行程小，結構與控制系統復雜的問題，提出了非共振型壓電電機驅動的大行程精密旋轉定位平臺。該平臺通過壓電電機的連續作動和步進作動兩種工作模式來滿足大行程和高精度要求。首先對該精密旋轉定位平臺進行動力學建模，確定了系統運動方程。然后，分析其作動機理，研究影響旋轉平臺轉速的不同因素。最后，實驗研究該精密旋轉定位平臺的速度、步距、分辨率與負載特性，確定平臺連續作動與步進作動的驅動方式。實驗結果表明，在直流偏置為60 V，峰峰電壓為120 V，頻率為180 Hz的正弦波電壓激勵下，該精密旋轉定位平臺最大轉速可達47 963.2 μrad/s， 分辨率和最大負載分別為3 μrad和60 g。與現有的大行程精密定位旋轉平臺相比，設計的平臺具有行程大，精度高，結構簡單，穩定可控，且裝配調試方便，易于批量化生產等優勢。

大行程旋轉平臺；非共振壓電電機；精密定位；光波導封裝

1 引 言

光波導封裝作為光通信工程中的關鍵環節，亟需高精度和高效率的封裝設備。壓電作動器驅動的精密定位平臺具有精度高、響應快、剛度大、能耗低等優點[1-2]，能夠滿足光波導對接的精準度，有利于實現封裝過程的自動化。但壓電作動器作動范圍在微米級，現有精密定位平臺大多不能同時滿足高精度與大行程的要求[3-4]。

目前，國內外學者對精密旋轉定位平臺作了一定研究，一方面受到驅動器作動范圍和柔性鉸鏈的輸出位移的限制[5-8]，大部分精密旋轉定位平臺不能滿足大行程要求；另一方面，現有的大行程精密旋轉定位平臺存在結構和控制系統復雜、加工裝配困難等問題[9-15]。

目前大行程精密旋轉定位平臺主要分為宏微兩級驅動式、鉗位式和粘滑式等。Zheng等人[11]設計了一種具有雙平臺的旋轉定位平臺，音圈電機作為宏觀運動驅動器，壓電陶瓷作為微動驅動器，但該平臺控制系統較為復雜，尤其是宏觀與微觀運動的配合需要進一步研究。Haas[12]等人設計了一種用于太空中的鉗位式壓電驅動精密旋轉定位平臺，利用布置在圓周外側2個驅動機構的配合實現旋轉，每個驅動機構中包含2個壓電疊堆，分別用于鉗位和驅動。Huang[13]等人設計了一種單壓電驅動器驅動的旋轉定位平臺，該平臺基于連帶運動原則，利用單個壓電驅動器實現平臺的鉗位和驅動，但該設計中具有較長的懸臂梁結構，容易因振動影響驅動效果，且單個壓電驅動器完成鉗位功能不理想。Wang[14]等人提出一種具有史考特-羅素機構的精密旋轉定位平臺，該平臺基于粘滑原理，依賴于摩擦力與慣性作動，粘滯-滑移過程較難控制，對實現高分辨率產生不利影響。而且該平臺轉動中心不在圓心，在驅動點將產生轉動和平移，導致驅動力不能完全用于驅動轉動。溫建明[15]等人設計了對稱壓電疊堆為動力轉換原件的旋轉驅動器，利用慣性沖擊力實現旋轉。因為制造裝配不能保證對稱性，導致旋轉過程中受力不均勻。

本文提出了非共振型壓電電機驅動的大行程精密旋轉定位平臺，通過該壓電電機的連續作動和步進作動兩種工作模式，實現高精度和大行程的功能，研究了該平臺動力學模型，實驗測試該平臺速度、分辨率、負載等特性，證實該精密旋轉定位平臺的可行性，為旋轉平臺的研究提供了新思路。

2 非共振型壓電電機原理與結構[16]

本研究團隊于2014年提出一種非共振型雙足步進作動壓電電機，該電機采用4路正弦波信號驅動4組壓電疊堆，使驅動足產生微橢圓運動推動動子運動，具有響應快、精度高、行程大等特點。

圖1分別表示非共振型雙足步進作動壓電電機的作動周期內，t1=0，t2=T/4，t3=T/2，t4=3T/4的典型狀態。圖2所示為一個周期內在各壓電疊堆(對應圖1中1～4)上施加的電壓信號，為防止壓電疊堆出現退極化，驅動電壓應完全正向偏置。

圖1 電機工作原理圖

(1)t1時刻，左驅動足開始接觸動子，右驅動足脫離動子，動子在左驅動足摩擦力作用下，沿x正方向運動。

(2)t2時刻，動子隨左驅動足在x方向速度達到最大，右驅動足離動子最遠。

(3)t3時刻，右驅動足開始接觸動子，左驅動足脫離動子，動子在右驅動足摩擦力作用下，沿x正方向運動。

(4)t4時刻，動子隨右驅動足在x方向速度達到最大，左驅動足離動子最遠。

一個周期內，兩驅動足交替驅動動子，使動子向X軸正向運動。驅動足橢圓運動軌跡足夠小，可以驅動旋轉運動。

圖2 周期內在壓電疊堆上施加的電壓信號

依照電機原理，設計電機結構如圖3所示。電機主要包括導向盒與2個作動單元。為實現驅動旋轉平臺(即圓形動子)，電機兩作動單元垂直布置，通過裝配螺釘安裝在導向盒上。作動單元垂直布置方式，在原理、功能上與左右布置方式一致。每個作動單元包括2個垂直布置的壓電疊堆，通過螺桿拉拔驅動足的方式實現壓電疊堆的預緊。

圖3 電機結構示意圖

3 大行程精密旋轉定位臺設計與分析

3.1 大行程精密旋轉定位臺結構設計

圖4、圖5所示為非共振型壓電電機驅動的大行程精密旋轉定位平臺，主要由非共振型壓電電機、旋轉平臺、角接觸球軸承、軸和基座組成。角接觸球軸承選用NSK公司7004AC P5，軸承內圈與軸過盈配合，外圈與旋轉平臺內孔過盈配合。旋轉平臺設計4個沿Φ40 mm圓周均布的螺紋孔，主要用于安裝平臺載荷和拆卸軸承。非共振型壓電電機的驅動足與旋轉平臺圓柱面接觸，直接驅動平臺運動。非共振型壓電電機的驅動足與旋轉平臺的預壓力通過電機夾持裝置調節。

圖4 大行程精密旋轉定位平臺實物圖

圖5 大行程精密旋轉定位平臺結構圖

3.2 動力學建模分析

對應圖1中4組壓電疊堆的激勵電壓信號分別為：

(1)

建立該壓電電機縱向振動模型如圖6所示。

圖6 非共振型驅動壓電電機縱向振動模型

Fig.6 Longitudinal vibration model of non-resonant piezoelectric motor

其中，m1、m2分別為上、下驅動足質量，記m1=m2=m，m0為作動單元其余部分與導向盒總質量。

k1、k2為上、下驅動單元壓電疊堆縱向剛度，記k1=k2=k，則k=ks+kT，其中ks、kT分別為壓電疊堆與預緊彈性機構剛度。k0為夾持裝置中預壓機構剛度。

F1(t)、F2(t)為壓電疊堆的縱向輸出力，F為預壓力，FN1(t)、FN2(t)為上、下驅動足與旋轉平臺的接觸正壓力。

y1(t)、y2(t)為上、下驅動足的縱向位移，y0(t) 為壓電電機其余部分縱向位移。

由壓電學理論可知，壓電疊堆輸出力為[17]：

(3)

其中：kT為壓電疊堆等效剛度，ks為外部載荷剛度，在模型中指壓電電機其他部分總剛度。n為壓電疊堆的層數，d33為壓電疊堆的壓電常數，則4組壓電疊堆輸出力為：

(4)

由幾何關系可知：

縱向振動方程為：

(2)

壓電電機處于工作狀態時，預壓力F幾乎不發生變化，則：

F=FN1(t)+FN2(t)=kcy1(t)+kcy2(t)，

(6)

其中：kc為驅動足與平臺之間縱向接觸剛度。由式(2)～(6)可得縱向位移方程為：

(7)

電機結構的橫向特性與縱向特性相似，可得橫向位移方程為：

(8)

消去時間參數t，得驅動足運動位移方程為：

(9)

其中：

(10)

可得，兩驅動足的運動軌跡為大小相同的橢圓，兩驅動足交替驅動旋轉平臺轉動。

式(8)兩邊對時間t求導，可得驅動端線速度函數：

(11)

根據文獻[16]提出的準靜態假設，假設驅動足的驅動頻率足夠低，驅動足與旋轉平臺之間無相對滑動，驅動足與旋轉平臺之間為靜摩擦力。則旋轉平臺角速度為：

(12)

其中：R為旋轉平臺半徑。

由式(12)可知，在壓電疊堆特性與旋轉平臺結構確定的情況下，旋轉平臺角速度只與驅動電壓幅值A，頻率f及旋轉平臺半徑R有關。

一個周期內，旋轉平臺轉速呈周期性變化，但旋轉平臺宏觀運動由壓電電機驅動足連續周期性驅動，因此宏觀運動速度表現為周期內精密定位旋轉平臺平均速度，為勻速運動。精密定位旋轉平臺平均速度為：

(13)

則其精密定位旋轉平臺周期內轉角為：

(14)

驅動電壓峰峰值為100 V，偏置為50 V，精密定位旋轉平臺理論轉速如圖7所示。

圖7 電壓峰峰值100 V，偏置50 V，精密旋轉平臺理論轉速

Fig.7 Theoretical rotation speed under a driving voltage of 100 V with 50 V offset

4 實 驗

4.1 實驗系統

圖8所示為旋轉平臺輸出特性實驗系統，主要包括氣浮隔振平臺(ZDT10-08)、信號發生器(MHS-2300A)、功率放大器(XE500-A4)、示波器(Tektronix DPO2014)、激光位移測量儀(KEYENCE LK-HD500)。在旋轉平臺轉角極小的情況下，可以使用激光位移測量儀測得直線位移代替弧長，經計算后得到轉角及轉速。

圖8 精密旋轉平臺輸出特性實驗系統

Fig.8 Experiment system of output characteristics of precision rotary positioner

圖9 精密旋轉平臺負載特性實驗系統

Fig.9 Experiment system of load characteristics of precision rotary positioned

圖9所示為旋轉平臺負載特性實驗系統，除輸出特性實驗系統中所需儀器，還包括定滑輪、砝碼及吊繩等。

4.2 連續作動模式實驗

連續作動模式是指施加連續的驅動電壓信號，使精密旋轉平臺快速到達預定工位的作動模式。連續作動模式實驗主要在宏觀與微觀上，研究精密旋轉平臺轉動速度與驅動電壓頻率、峰峰值的變化關系，并確定連續作動模式合適的電壓峰峰值和頻率，以及對應的旋轉平臺轉速。

4.2.1 轉速與電壓頻率、峰峰值測試

圖10所示為精密定位旋轉平臺轉速與電壓頻率、峰峰值的變化關系。總體趨勢上，隨著電壓峰峰值的增加，精密旋轉平臺轉速呈增加趨勢。在電壓峰峰值分別為80 V、90 V和100 V時，隨著電壓頻率增加，精密旋轉平臺轉速隨之增大，且精密旋轉平臺轉速與電壓頻率呈較好的線性關系。在峰峰值為100 V，偏置為50 V，頻率為200 Hz 的正弦波電壓激勵下，精密旋轉定位平臺轉速可達35 498.2 μrad/s。

比較圖7中，驅動電壓峰峰值為100 V，偏置為50 V 下理論計算轉速，平均誤差約為11%。誤差原因是橫向振動模型忽略了交變摩擦力，因交變摩擦力對平臺運動影響較小且作用機理復雜，故動力學建模將其忽略。另外一個原因是理論轉速計算基于準靜態假設，事實上隨著驅動電壓的頻率增加，驅動足與轉動平臺之間存在滑動。

圖10 精密旋轉平臺轉速與頻率、電壓的變化關系

Fig.10 Rotation speed of precision rotary positioner under different frequency and voltage

在電壓峰峰值分別為110 V和120 V時，隨著電壓頻率增加，精密旋轉平臺轉速先增大后減小。在直流偏置為60 V，峰峰值為120 V，頻率為180 Hz 的正弦波電壓激勵下，精密旋轉定位平臺達到最大轉速47 963.2 μrad/s。當電壓峰峰值與頻率過大時，壓電疊堆輸出特性會發生改變，因此壓電電機驅動足無法產生預想的橢圓驅動軌跡，此時精密旋轉平臺轉速出現較大下降。

通過分析精密旋轉平臺轉速與頻率、電壓的變化關系可知，在電壓峰峰值分別為90 V和100 V時，精密旋轉平臺轉速較大且與電壓頻率呈較好線性關系。通過調節電壓頻率，可以穩定地調節精密旋轉平臺轉速。在電壓峰峰值為120 V時，雖可達到平臺最高轉速，但不能實現穩定調節轉速。因此，考慮精密旋轉平臺連續作動模式優選電壓峰峰值為90 V，偏置為45 V或電壓峰峰值為100 V，偏置為50 V。

4.2.2 步進轉角測試

微觀上，連續作動模式下精密旋轉平臺的轉角在每個驅動周期內作往復運動，但是由于前進轉角大于回撤轉角，因此在一個周期內精密旋轉平臺實現向前轉動。

圖11所示為驅動電壓峰峰值為90 V，偏置為45 V時，在不同頻率下步進轉角特性。隨著電壓頻率從160 Hz增加到200 Hz，步進轉角從86.5 μrad 增加到151.25 μrad。

圖11 電壓峰峰值90 V，偏置45 V轉角步進特性

Fig.11 Stepcharacteristics under a driving voltage of 90 V with 45 V offset

圖12所示為驅動電壓峰峰值為90 V，偏置為 45 V 時，在不同電壓頻率下轉角步進特性。隨著電壓頻率從160 Hz增加到200 Hz，步進轉角從101.5 μrad增加到165.6 μrad。

圖12 電壓峰峰值100 V，偏置50 V轉角步進特性

Fig.12 Step characteristics under a driving voltage of 100 V with 50 V offset

可以看出，在100 V驅動電壓下，相比于90 V 時精密旋轉平臺的回撤轉角顯著減小。如前述分析，理想情況下，雙驅動足壓電電機，在一個驅動足開始驅動旋轉平臺時，另一驅動足恰好離開旋轉平臺。但因為加工裝配誤差的存在以及壓電疊堆的遲滯特性，在一個驅動足開始驅動旋轉平臺時，另一驅動足仍然接觸旋轉平臺，且帶動旋轉平臺回撤。驅動電壓峰峰值增加，壓電疊堆伸長量增加，因此壓電電機驅動足振幅增大。壓電電機一個驅動足驅動旋轉平臺時，因為驅動足振幅增大，將壓電電機預壓機構頂回一定距離，導致另一驅動足的回撤效應減小。精密旋轉平臺的連續作動模式，應選擇驅動電壓峰峰值為100 V，偏置為50 V，此時旋轉平臺作動平穩，速度特性穩定。

4.3 步進作動模式實驗

精密旋轉平臺步進模式是指在旋轉平臺到達預定工位后，通過施加脈沖電壓信號，驅動旋轉平臺實現更加精確的位置調整的作動模式。施加的脈沖電壓波形如圖13所示，在每個驅動波形后設置較長的間歇段，可測得旋轉平臺分辨率。步進作動模式相對于連續作動模式，由于弱化了慣性作用，驅動精度顯著提高。

圖13 脈沖信號波形

平臺分辨率指實驗中的最小穩定步距。圖14 所示為脈沖電壓峰峰值為50 V，偏置為25 V，頻率為1 Hz時，平臺轉角輸出曲線。5步累積轉角約為15 μrad，即每步平均轉角約為3 μrad。如圖14所示，每周期運動開始時轉角發生較大的跳變并快速回位，導致這一現象的主要原因是脈沖電壓信號導致的沖擊振動。

通過實驗可知，隨著驅動電壓峰峰值的不斷降低，步進作動模式中旋轉平臺步距隨之減小，定位精度提高。當電壓峰峰值低于50 V時，精密旋轉平臺無法穩定轉動。可以確定，本精密旋轉平臺分辨率約為3 μrad。因此精密旋轉平臺的步進作動模式，選擇驅動電壓峰峰值為50 V，偏置為25 V，頻率為1 Hz，能夠實現較高的分辨率和定位精度。

圖14 脈沖電壓50 V， 頻率1 Hz轉角輸出曲線

Fig.14 Output curve of rotation angle under a pulse voltage of 50 V with the frequency of 1 Hz

4.4 負載特性實驗

負載特性是衡量精密旋轉平臺的重要指標之一，采用連續作動模式下峰峰值為100 V，偏置為50 V，頻率為200 Hz的驅動電壓研究負載特性。

圖15 精密旋轉平臺負載特性

如圖15所示，隨著負載質量的增加，精密旋轉平臺轉速呈線性減小趨勢，其中負載質量為60 g 時，旋轉平臺轉速為17 730.8 μrad/s。負載質量大于70 g時，旋轉平臺運動不穩定，負載質量大于90 g時，負載大于壓電電機與旋轉平臺間的靜摩擦力。精密旋轉平臺最大負載為60 g，基本滿足光波導對接要求。

5 結 論

本文設計了非共振型壓電電機驅動的大行程精密旋轉定位平臺，確定了連續作動和步進作動兩種工作模式，實驗證明該精密旋轉定位平臺能夠達到大行程和高精度的要求。通過對該精密旋轉定位平臺進行動力學建模，確定系統運動方程，詳細分析其作動機理。通過實驗，研究該精密旋轉定位平臺的速度、步距、分辨率與負載特性。實驗結果表明，精密旋轉定位平臺最大轉速可達47 963.2 μrad/s，旋轉平臺分辨率為3 μrad，最大負載為60 g。本精密旋轉定位平臺具有大行程，高精度，結構簡單，穩定可控，響應快等特點，相對于現有大行程精密定位旋轉平臺具有方便裝配調試、易于批量化生產等優勢，有利于實現光波導封裝的自動化，提高光波導產業的生產效率。目前電機驅動力較小，導致平臺負載能力偏小等問題，需要進一步改進電機結構，方能應用在其他負載要求較大的領域。

[1] 趙淳生. 超聲電機技術與應用[M]. 北京：科學出版社，2007. ZHAO CH SH.UltrasonicMotorsTechnologiesandApplications[M]. Beijing： Science Press， 2007. (in Chinese)

[2] KARL S， BURHANETTIN K. Piezoelectric motors， an overview [J].Actuators， 2016， 5(1)：6.

[3] ZHAO H， FU L， REN L，etal.. Design and experimental research of a novel inchworm type piezo-driven rotary actuator with the changeable clamping radius [J].ReviewofScientificInstruments， 2013， 84(1)：15006.

[4] 于月民， 冷勁松. 新型壓電旋轉驅動器的設計與性能測試[J]. 機械工程學報， 2015(8)：185-190. YU Y M， LENG J S. Design and performance testing of a new type piezoelectric rotary actuator [J].JournalofMechanicalEngineering， 2015， 51(8)：185-190.(in Chinese)

[5] DONG W， SUN L N， DU Z J. Design of a precision compliant parallel positioner driven by dual piezoelectric actuators [J].SensorsandActuatorsA：Physical， 2007，135(1)：250-256.

[6] 趙榮麗， 陳新， 李克天. 雙柔性平行六連桿微動平臺結構的設計及測試[J]. 光學 精密工程， 2015， 23(10)：2860-2869. ZHAO R L， CHEN X， LI K T. Design and experiments of micro motion platform based on a pair of flexible parallel six-bar linkages [J].Opt.PrecisionEng.， 2015， 23(10)：2860-2869. (in Chinese)

[7] 付錦江， 顏昌翔， 劉偉，等. 快速控制反射鏡兩軸柔性支撐平臺剛度優化設計[J]. 光學 精密工程， 2015(12)：3378-3386. FU J J， YAN CH X， LIU W，etal.. Stiffness optimization of two-axis flexible supporting platform for fast steering mirror [J].Opt.PrecisionEng.， 2015(12)：3378-3386. (in Chinese)

[8] NA T W， KANG D H， JUNG J Y，etal.. Linear-to-rotary motion converter using asymmetric compliant mechanics and single-crystal PMN-PT stack actuator [J].JournalofIntelligentMaterialSystemsandStructures， 2014，25(18)：2221-2227.

[9] LI C W， MA G， PEI X，etal.. A precise rotary actuator based on small perimeter difference using parallel compliant mechanism [C].MechanismsandMachineScience， 2016：405-417.

[10] SUN X， CHEN W， ZHANG J，etal.. A novel piezo-driven linear-rotary inchworm actuator[J].SensorsandActuatorsA：Physical， 2015，224：78-86.

[11] ZHENG J， AURELIO S， FU M. A novel rotary dual-stage actuator positioner [C].Joint48thIEEEConferenceonDecisionandControland28thChineseControlConference，Shanghai：IEEE， 2009：5426-5431.

[12] EED H， BARSINGERHORN W， DER VRRN J F V. Piezoelectrically driven rotary stage for use in ultrahigh vacuum [J].ReviewofScientificInstruments， 1996. 67(5)： 1930-1934.

[13] HUANG H， FU L， ZHAO H，etal.. Note： A novel rotary actuator driven by only one piezoelectric actuator [J].ReviewofScientificInstruments， 2013，84(9)：96105.

[14] WANG Y C， CHANG S H. Design and performance of a piezoelectric actuated precise rotary positioner [J].ReviewofScientificInstruments， 2006，77(10)：105101.

[15] 溫建明， 馬繼杰， 曾平， 等. 壓電旋轉驅動器制作及性能測試[J]. 光學 精密工程， 2013，21(1)：131-136. WEN J M， MA J J， ZENG P，etal.. Machining and functional testing of piezoelectric rotary actuator [J].Opt.PrecisionEng.， 2013，21(1)：131-136. (in Chinese)

[16] 王寅， 孫夢馨， 黃衛清， 等. 雙足步進作動壓電直線電機的工作機理及試驗[J]. 振動·測試與診斷， 2015(2)：388-393. WANG Y， SUN M X， HUANG W Q，etal.. Principle and experimental research on piezoelectric linear stepping motor with double driving feet [J].JournalofVibration，Measurement&Diagnosis， 2015(2)： 388-393. (in Chinese)

[17] 陳西府. 摩擦驅動型非共振壓電疊層直線電機的研究[D].南京：南京航空航天大學，2014. CHEN X F.ResearchonFrictionDriveTypeNon-resonancePiezoelectricStackLinearMotors[D]. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2014. (in Chinese)

黃衛清(1965-)，男，江蘇南通人，博士，教授，博士生導師，1987年、1990年于南京航空航天大學分別獲得學士、碩士學位，1999年于香港理工大學獲得博士學位，主要從事超聲電機技術研究。E-mail： mehwq@nuaa.edu.cn

陶 杰(1990-)，男，江蘇宿遷人，碩士研究生，2013年于重慶科技學院獲得學士學位，主要從事壓電精密驅動方面研究。E-mail： taojiemech@nuaa.edu.cn

(版權所有 未經許可 不得轉載)

Modeling and experiment of precision rotary positioner with large stroke driven by non-resonant piezoelectric motor

HUANG Wei-qing1， TAO Jie1*， SUN Meng-xin1， WANG Yin1，2， LU Qian1

(1.State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structure，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China；2.CenterforPrecisionMeasurementTechnologiesandInstruments，HuaqiaoUniversity，Xiamen361021，China)

A precision rotary positioner with a large stroke driven by the non-resonant piezoelectric motor was proposed to solve the problem of short stoke， complicated structure and control of the precision positioner in optical waveguide packaging. The precision rotary positioner could meet the needs of large stroke and high precision by two driving modes of continuous actuating and stepping actuating. Firstly， the dynamic model of the rotary positioner was established and the kinematics formula of system was presented. Then， the principle of movement was analyzed and the impact factors of rotate speed were researched. Finally， the characters of rotate speed， step displacement， resolution and load were tested， and driving modes of continuous actuating and stepping actuating were discussed. The experimental results indicate that the top speed of precision rotary positioner reaches about 47 963.2 μrad/s at the driving sinusoidal voltage in a peak-peak value of 120 V， an offset of 60 V and a frequency of 180 Hz. Moreover， the rotary resolution of precision rotary positioner is about 3 μrad and the maximum load is 60 g. This precision rotary positioner has characteristics of large stroke， high precision， simple structure， stable controllability and fast response. As compared with the existing precision rotary positioner， the new one presented in the paper has more larger stroke， higher precision， simpler structure and is more convenient to be assembled， adjusted， and produced in batch.

rotary positioner with large stroke； non-resonant piezoelectric motor； precision positioning； waveguide packging

2016-05-12；

2016-06-25.

國家自然科學基金資助項目(No.51375224)；國家自然科學基金重大研究計劃資助項目(No.91223201)；國家自然科學基金青年基金資助項目(No.51405420); 江蘇省自然科學基金青年基金資助項目(No.BK20140474)；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目

1004-924X(2016)11-2712-09

TH703；TP273

A

10.3788/OPE.20162411.2712

*Correspondingauthor，E-mail：taojiemech@nuaa.edu.cn