与传统静态土木结构相比,可动结构能够通过主动调整自身构型以适应环境或人为需求。形状控制是可动结构研究与应用的重要课题之一,其核心问题是求解从初始状态到目标状态的执行量。目前主流控制方法依赖于结构自身数值模型,主要结合随机搜索优化算法,尽管可在一定程度上解决问题,但存在计算量庞大、实时性较差、因数值模型-实际结构差异产生控制误差、不能很好处理未知荷载作用等局限。同时,目前实际控制过程往往采用有线线缆进行通信,限制了可动结构的活动幅度与形式。本文借用仿生的思想,结合无线传感器-执行器网络(WSAN)技术,提出了集成无线传感器-执行器网络的可动结构(WKS)这一概念,并围绕WKS的模型、架构以及形状控制的关键问题,逐一展开研究与讨论。本文讨论了可动结构的概念界定,详细介绍了可动结构的定义、分类及其形状控制的研究现状,从多个角度阐述了可动结构与WSAN之间的关联,引出了本文的研究动机与目标。对WKS的概念进行了定义,阐述了 WKS的物理层、信息层的架构。建立了WKS的基本模型,给出了其运行过程的基本描述方法。针对WKS的控制与分析的需求,推导了对其离散化处理的基本表达式。研究了 WKS信息层载体WSAN在可动结构运动过程中的动态变换问题。定义了自定制的WSAN网络,给出了其动态变换的准则以及基本协议框架,开发了WSAN节点的基本模块。阐述了几种不同类型可动结构(KS)形式的网络变换方式,给出了实际应用时的设计方法。将WKS动态信息层布置在某一具体可动建筑,实现了在可动建筑持续旋转的过程中对数据的完整收集。建立了 WKS形状控制的无模型仿生控制(MFBC)框架。阐述了 MFBC按层级划分的构成及其特点,并给出了运行的流程。受有限元法概念的启发,提出了 WKS仿生控制中功能单元以及功能结构的概念。将脊椎动物节律运动的概念引入MFBC,描述了功能结构的节律模式的机理。采用无模型仿生控制(MFBC)对WKS形状控制问题进行了研究。以具体的WKS实例为主线,引出并讨论形状控制中的关键问题,包括固有模式下的控制性能及其自适应能力、仿生控制中的联想学习、功能单元的相互作用与非线性、节律的效率、WKS运动路径规划、动态荷载作用下的形状控制与自适应变形、WKS模块化设计及其能量效率等。对WKS体系中的硬件设备以及主动构件的构造进行了研究。提出了 WSAN节点的模块化设计思想,设计并制作了具体的模块实例。建立了基于机械传动的主动构件的电气连接与力学模型,装配了完整的执行器设备。讨论了主动构件在调节精度方面的控制问题。设计并组装了 WKS的原型机,对其进行了初步测试。本文通过概念阐述、理论推导、数值模拟、硬件开发、工程实测及原型机设计,表明所提出集成WSAN的可动结构概念及其形状控制的无模型仿生控制(MFBC)方法是可行且有效的,也为可动结构的体系设计与形状控制提供了新的思路和方法。同时,本文在结尾部分对进一步研究的方向进行了展望。