针对压电陶瓷作动器自身存在的迟滞特性, 且在高频信号下迟滞现象更严重的问题, 该文提出了一种基于单输入单输出关系建立的改进Duhem模型。根据实验测得压电陶瓷作动器输入输出数据, 采用差分进化算法辨识得到作动器的参数化模型, 并通过与经典Duhem模型进行对比, 验证了该模型的有效性。实验结果表明, 与经典Duhem模型相比, 改进Duhem模型在输入频率为1 Hz、20 Hz、60 Hz和100 Hz时, 相对误差下降了0.012 1~0.031 5, 均方根误差下降了0.377 7~1.224 8 μm, 证明了该文所提出模型的有效性。

针对压电陶瓷作动器的率相关特性降低应用端控制精度的问题,该文研究了基于Hammerstein-like模型的内模控制策略。其中非线性部分由最小二乘支持向量机模型表示, 动态线性部分由自回归历遍模型表示。在此基础上构建了系统逆模型, 设计了内模控制器以实现对压电陶瓷作动器的跟踪控制, 最后通过实验平台进行了验证。实验结果表明, 实时跟踪100 Hz内的期望信号相对误差均小于10%, 证明了所设计内模控制方案的有效性。

为达到在脉动气流激励下抑制风洞模型振动的目的, 该文提出了基于压电陶瓷作动器神经网络模型的风洞模型主动振动控制方法, 并进行了实验研究。首先, 分析了风洞模型系统振动特性, 建立了内嵌式压电陶瓷作动器的主动振动控制系统, 通过模型质心加速度推算出压电陶瓷作动器期望输出抑振力。然后, 建立了压电陶瓷作动器期望输出抑振力-激励电压的神经网络模型, 并根据该模型设计了一种实时解算加速度为激励电压的控制方法。最后, 通过地面试验对控制方法的有效性进行验证。实验结果表明, 该控制方法具有良好的实时性和鲁棒性, 在锤击试验中, 振动加速度衰减时间相比于压电方程线性控制时减小了54.46%, 系统阻尼比增大了1.58倍, 取得了良好的控制效果。

压电陶瓷作动器被广泛应用于精密定位和控制中，但其本身存在的非对称迟滞非线性特性，严重影响了系统的定位和控制精度。针对这一问题，提出了一种基于广义Bouc-Wen模型的非对称迟滞建模方法，并利用差分进化算法辨识模型参数; 基于所建的广义Bouc-Wen模型构建了其具有解析形式的迟滞逆模型，并设计了内模控制方案实现对压电陶瓷作动器的精密跟踪控制; 最后在压电陶瓷作动器实验平台，对所提出的建模和控制方案进行了实验验证。对压电陶瓷作动器的建模结果表明，系统建模误差均小于0.051 0，比经典Bouc-Wen模型的建模误差降低约21%～46%; 对100 Hz内幅值为20 μm的期望位移信号的控制实验结果表明，所提出的控制方法具有良好的实时跟踪性能和跟踪控制精度。对100 Hz期望信号的跟踪控制均方根误差为0.491 6 μm，相对误差为0.040 2 μm，可以很好地满足实际工程需要。

研究了风洞模型主动振动的抑制原理，并结合叠堆式压电陶瓷作动器的压电效应设计了一套并联式主动抑振器。首先，针对模型支杆系统及其动力学特征，分析了支杆抑振原理，提出了一种基于叠堆式压电陶瓷作动器的风洞模型抑振器。然后，构建了抑振器实时控制系统，针对其驱动位移滞后的特点，研究了基于PD调节器的控制方法。最后，搭建了地面实验平台，利用锤击法和激振法对抑振器进行了地面实验。实验结果表明: 抑振器具有提高支杆系统阻尼的能力，对风洞模型在俯仰和偏航两个方向上的抑振效果明显，特别是俯仰方向上，抑制器工作后系统阻尼比可由0.009提高到0.092，抑振后剩余振幅比例约为25%。试验结果验证了该风洞模型主动抑振器的可行性与有效性。