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针对飞机结构试验中存在的非线性和时滞性现象，设计一种基于AMESim的非线性PI控制器。该控制器将传统PI的比例和积分分别构造成关于误差信号的非线性函数，并利用AMESim建模技术确定各非线性函数系数，从而构造将PI控制与AMESim建模技术融为一体的智能控制器。同时，借助某单通道控制器，将本控制器应用于悬臂框架结构实验。通过数值仿真和物理试验的交叉验证，验证结果表明：采用此智能控制器有效解决了传统PI控制器难以控制非线性对象的难题，减小了加载过程中的动态误差，提升了加载精度和试验效率，在结构疲劳试验中有广泛地应用价值。