针对传统的Bouc-Wen模型不能准确表征压电陶瓷执行器固有的迟滞非对称特征，导致控制精度受限问题，该文提出一种基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 模型结合的迟滞建模方法，基于利用卡曼状态预估的滑模控制的控制策略来提高控制精度。首先，利用粒子群算法对传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein结构结合迟滞模型的参数进行辨识，然后根据二阶系统的状态空间矩阵建立卡尔曼观测器，并根据卡尔曼观测器的状态预估利用滑模规律进行反馈补偿和建立逆模型进行前馈补偿，形成前馈-反馈复合补偿。通过数值仿真表明，在0~100 V峰值与0~100 Hz激励频率内，所建立的非线性模型能很好地描述与预测压电陶瓷执行器的动态输出。执行器位移在0~6 μｍ时，传统的Bouc-Wen模型开环、基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 结构结合迟滞模型的平均迟滞误差分别为0.654 95 μm、0.186 39 μm; 在50 Hz下，基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 结构的前馈PID补偿均方根误差为0.088 5 μm，其前馈滑模复合控制补偿均方根误差为0.047 μm，仅为最大输出位移的0.78%，最大跟踪误差仅为0.153 μm，精度提高了78%，说明该文所提出的基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 结构结合迟滞模型及其补偿控制算法，有助于实现压电陶瓷执行器的高速、宽频超精密定位控制。

针对现有压电振子驱动的共振隔膜泵中存在隔膜往复运动位移及位移放大比小的问题，该文设计出一种可应用于共振隔膜泵的大位移压电叠堆执行器，利用压电叠堆作电-机转换器，提高其响应速度，采用矩形弹簧结构，保证系统稳定性，提高系统的一阶固有频率。建立压电叠堆执行器的数学模型，并分析了系统的位移放大比和各阶固有频率，测试了样机的相关性能。实验结果表明，在输入激励信号幅值60 V、频率510 Hz的正弦信号下，该压电叠堆执行器输出位移为154 μm，位移放大倍数为18.11倍，研制的压电叠堆执行器具有较高的响应速度及较大的输出位移，可用于提升共振隔膜泵的输出性能。

研究了四旋翼无人机执行器故障和外部干扰下的高度和姿态容错控制问题。首先, 将执行器故障建模为螺旋桨推力定常效率损失(LoE), 得到包含执行器故障的四旋翼无人机高度和姿态动力学模型; 然后, 基于积分终端滑模控制(ITSMC)设计了一种容错控制器, 并结合自适应律对干扰进行估计和补偿, 借助Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性;最后, 数值仿真结果验证了所提出容错控制方案的有效性和鲁棒性。

该文搭建迟滞测量实验平台, 测量一种用于LED晶圆检测压电执行器的迟滞效应, 设计了一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的压电迟滞模型, 使用时间序列预测法对压电执行器位移迟滞效应建模。将该模型与传统的Prandtl-Ishlinskii(PI)模型进行对比。实验结果表明, 神经网络模型具有较好、较广泛的迟滞建模效果, 对于正弦波, 位移预测精度保证小于2%; 对于衰减正弦波, 位移预测精度可保证小于3%。较高的模型预测精度为使用压电执行器进行LED晶圆检测提供了依据。

为了克服未知的执行器故障对四旋翼无人机编队飞行的影响, 提出了一种基于动态规划的最优协同容错控制律。首先, 建立了四旋翼无人机模型, 然后, 基于动态规划设计了最优协同控制律, 利用RBF神经网络逼近最优性能指标函数, 设计了自适应律来估计未知的执行器故障, 最终得到的最优协同容错控制律可实现对无人机编队飞行的高精度控制。通过对比仿真验证了设计的控制律具有更优的编队控制效果, 编队飞行的最大轨迹跟踪误差仅为0.04 m, 控制精度较高, 设计的自适应律具有更优的故障估计效果, 最大估计误差仅为0.05 N·m, 实现了对四旋翼无人机编队的安全稳定控制。

光热微执行器广泛应用于光学微机电系统和微机器人。利用功能染料的窄带吸波特性制作可控制性强、位移大的波导式激发光热U型微执行器，并仿真了该执行器的温度和位移变化。制作了单臂长度和半径分别为5.8 mm和200 μm的窄波段响应光热微执行器。实验结果表明，本方案制作的执行器具有位移响应大、能量利用率高、生产成本低以及集成度高的优势。在功率为100 mW激光的驱动下，该执行器自由端能在紫光（408 nm）或红光（638 nm）波段实现100~160 μm的位移，远大于非对应波段光束产生的位移（20 μm）。

针对三自由度直升机系统, 研究了基于自适应观测器的故障估计问题。首先, 建立了三自由度直升机的非线性模型, 研究了基于比例型自适应观测器的故障估计方法;进一步, 为了提高三自由度直升机系统故障估计的动态性能, 构造了比例-微分型自适应观测器;通过引入H∞性能保证了所提出的故障估计方法的鲁棒性, 并且利用线性矩阵不等式计算观测器增益;最后, 通过三自由度直升机仿真系统对所设计的故障观测器进行仿真验证。结果表明, 与比例型自适应观测器相比, 比例-微分型自适应观测器具有更好的故障估计精度和速度。

聚硅氧烷侧链液晶聚合物(Polysiloxane side-chain liquid crystalline polymers, PSLCPs)是一种将液晶单体、特殊功能基团等通过交联反应接枝到硅氧烷主链上形成的液晶聚合物。凭借硅氧烷主链的软性和柔性及功能基团的光热电等响应特性, 硅氧烷侧链液晶聚合物在光信息储存、非线性光学、图像显示、色谱、电流变等领域具有很重要的应用价值。本文对硅氧烷侧链液晶聚合物在宽波反射、柔性光响应器件、柔性应力响应器件、电响应器件和柔性涂料等领域取得的研究进展进行了总结, 并对硅氧烷侧链液晶聚合物未来需解决的问题及发展趋势做了一定的展望。