随着时代进步,大范围、高速高精度、鲁棒性强的多级执行器设备成为当今精密操作领域的急需。双级执行器是一种将传统的大行程执行器和基于智能材料的微驱动器有机结合的新型高精度定位装置,被广泛用于机械硬盘、微型机器人等领域。在纳米定位技术风靡全球的二十一世纪,如何在快速大行程的运动中保持高精度是亟待解决的问题,因此,合理设计宏、微执行器的控制方案,充分发挥它们各自的优点,才能最终实现双级执行器大行程、高速高精度的定位。本文受国家自然科学基金、浙江省自然科学基金重点资助,通过对双级执行器的建模以及控制方法的研究,实现了宏、微平台协调控制的目标。主要工作内容如下:(1)建立了双级执行器系统的数学模型。针对双级执行器的结构特点,采用牛顿-欧拉法建立数学模型,并采用摩擦力补偿器减少了宏平台中误差带来的影响。对宏、微平台结构进行分析,根据它们各自的特点确立了宏微平台驱动方案,宏平台采用拥有大行程的直线电机作为驱动器,微平台选取压电陶瓷作为驱动器,拥有高速、高精度、鲁棒性强的特点。(2)提出了基于空间滤波器的双级执行器协调控制结构。针对空间滤波器能够将系统位移目标值分裂为宏、微平台位移目标值的特点,提出了一种基于空间滤波器的双级执行器协调控制结构。该结构通过空间滤波器将初始期望目标值分裂成长距、短距两种信号,分别作为宏、微执行器的目标值,通过所设计的基于误差变换的反演非奇异滑模控制算法,实现了双级执行器高速高精度、大行程的定位跟踪目标。(3)设计基于解耦的双级执行器协调控制结构。针对基于空间滤波器的双级执行器控制结构具有耦合特性的不足,提出了基于解耦控制的双级执行器协调控制结构。在该结构中,针对宏平台设计了自适应离散滑模控制算法,实现了大行程的快速定位;针对微平台设计了预测离散滑模控制算法,通过对微平台的精确控制,实现了控制结果的最优化和对宏平台跟踪误差的补偿,提高了整个系统的定位精度,满足了对双级执行器大行程、高速高精度定位目标的要求。仿真和实验结果表明,本文提出设计的控制结构及算法具有可行性与有效性。