精密运动硬件在环仿真与测试平台是一种虚拟的实时仿真测试平台,它不仅应用在精密驱动与定位技术行业,而且在超精密加工、精密测量、精密光学、现代医疗、航空航天等领域都有广泛的应用。本文对纳米级/微米级精密运动对象建模,且在建模对象上进行算法验证,达到对一维精密运动控制系统搭建和逻辑关系检验的目的,以及在实时运行过程中对运动过程故障性进行预测与反馈。首先选择合适的纳米级/微米级精密运动建模对象。本文采用的是依据尺蠖运动和寄生惯性运动原理设计的压电致动器。它是高精密驱动平台核心零部件,是一种新型直线步进式电机。本文先将压电致动器转化为数学模型,建立输入变量电压和输出位移函数关系方程。再使用Simulink工具对被控对象建模,通过改变输入电压变量值来验证运动数学方程在实时系统中的位移准确性,不断的修正方程参数值来接近实际被控研究对象。其次搭建一维运动平台的驱动与控制系统。在该驱动系统中对驱动信号进行分析,建立驱动信号方程模型,且驱动信号在电压与频率方面上具有可控性。为了方便多次测量的实验需求,搭建换向模块,使得在压电致动器运行过程中具有方向性。一维运动控制系统主要采用PID模块对一维运动平台进行闭环控制,利用实际运动轨迹与理想方程轨迹的误差来修正输入变量值,达到轨迹跟踪和减少轨迹误差的目的,进而形成了完整的在环控制系统。最后建立硬件在环仿真实验平台进行验证。应用快速控制原型开发工具和驱动电压功率放大器组合(简称:RCPTB,Rapid Control Prototype with Tool Box),驱动压电致动器运动。且对构成驱动容性放大器的模拟电路进行了阻抗分析和验证。应用分辨率高的激光干涉仪对实际压电致动器位移进行测量,再将实际运动位移数据反馈到快速控制原型开发工具中做模型的闭环系统。为了验证压电致动器可重复性这一指标,还设计了基于FPGA(现场可编程门阵列)为核心的驱动功放一体的装置。开发的上位机软件和硬件之间通过PCIe总线通信的方式来完成各种模式切换以及得到不同运动轨迹。在整个实验中,精密运动硬件在环仿真与测试平台中应用RCPTB工具,在高电压和高频率下驱动了压电致动器运动。在精度为1nm分辨率的激光干涉仪采集设备中,连续运动实现了单步位移50.7nm的压电致动器的运动测试。