● 摘要
近年来，随着智能材料和智能结构的迅速发展，越来越引起人们的关注。然而，存在于多数智能材料中的输入输出之间的迟滞非线性却成为了其在更广阔领域发展的一个阻碍。另外，高超飞行器中的变质心控制技术现在也成为航空航天领域的研究热点，而其中一个关键问题就是如何快速、精准地控制飞行器内部质量块的移动，在单一依靠电机大行程、快速性地推动质量块或依靠高精度微位移作动器移动质量块都存在各自的缺陷时，研究一种能把这两方面优势相结合的作动器结构成为一种趋势。因此对智能材料和智能结构中的迟滞非线性系统建模和控制方法的研究并把它应用的变质心飞行器的质量块控制系统中就既有理论意义又具有实用价值。本文的主要工作包括以下几个方面：
1、 首次基于相关向量机方法建立了一种率相关迟滞非线性系统模型，该模型具有良好的建模精度。进而，在所建模型基础上，设计了前馈反馈复合控制器，该控制器对率相关迟滞非线性系统具有很好的跟踪控制效果，通过对单频和复合频率输入信号跟踪控制的仿真和实验研究，验证了所建模型和所设计控制器的有效性和工程实用性。
2、 首次基于最小二乘支持向量机方法建立了率相关迟滞非线性系统的Hammerstein-like模型。该模型因把迟滞非线性部分和率相关部分进行分开研究而具有分块结构形式，通过实验数据和模型数据的对比验证了所建Hammerstein-like模型具有良好的建模效果。进而，在所建模型基础上，设计了前馈反馈复合控制器，通过对单频和复合频率输入信号跟踪控制的仿真和实验研究，验证了所设计控制器的有效性和工程实用性。
3、 针对具有率相关性的迟滞非线性系统，基于Hammerstein-like模型设计了两个鲁棒跟踪控制器，两个控制器都是根据系统要求的性能指标直接设计出来的，而没有需要额外确定的参数。因Hammerstein-like模型把迟滞非线性系统中的非线性部分和率相关动态部分进行分离处理，这样通过二自由度控制结构就可以把非线性系统的鲁棒控制问题转化为线性系统的鲁棒控制问题来解决。所设计出来的鲁棒控制器针对一定频率范围内的单频和复合频率输入信号的跟踪控制都具有有效性，通过数值仿真和实验结果进一步验证所设计控制器的实用性。
4、 分别针对应力相关和广义动态迟滞非线性系统，首次建立了Hammerstein-like应力相关迟滞非线性系统模型和Hammerstein-like广义动态迟滞非线性系统模型，分别通过实验数据和模型数据的对比验证了所建模型具有良好的建模效果。进而，在所建模型基础上，设计了前馈反馈复合控制器，且通过跟踪控制仿真，验证了所设计控制器的有效性。
5、 针对高超飞行器变质心控制中质量块的移动问题，设计了具有大行程、高精度、高速度特征的宏/微双重作动器。推导了带有三个质量块的飞行器变质心控制系统模型，并对模型做了合理的简化，在所简化的模型基础上，设计了姿态角（攻角）跟踪控制器。针对质量块的位移控制，设计了宏/微双重作动器控制结构，并通过实验研究验证了所设计的控制系统的可实施性，此为进一步在变质心高超飞行器的质量块控制中的应用提供了一定的依据。