根据行驶环境调整结构形状以提高行驶性能是未来智能结构发展的方向。实现结构的复杂变形控制必须研究先进的驱动器与控制技术。气压驱动以其质量轻、适应性好、响应速度快、承载能力强等优点成为近几年研究的热点问题。如何在低成本下,提高结构的变形控制精度与稳定性已成为一个重要的研究课题。本论文旨在研究可用于变体结构形状控制的单胞驱动器及多胞驱动器优化设计理论和方法,提出新型气压驱动器单胞结构构型和驱动单胞布置的优化设计方案;研究驱动器的几何参数对变形结构驱动性能的影响;以需求的变形量为优化目标,建立了单胞及多胞驱动器优化设计模型;研制了由橡胶、凯夫拉纤维等材料的多胞驱动结构实验试件,实验结果充分验证了本文所提出的面向结构形状控制的驱动器优化设计模型的有效性和可行性。本论文具体研究工作如下:(1)建立了气压驱动器结构优化设计模型与分析模型。设计了具有弯曲功能和伸长功能的两种气压驱动单胞,以气压驱动单胞为驱动器,对单胞几何参数和单胞布置进行优化设计,得到具有弯曲、伸长和膨胀三种变形功能的可变体多胞结构。基于有限元分析软件建立了多胞结构的有限元分析模型,分析了其变形能力和变形规律。仿真结果表明,所设计的多胞结构可满足智能变体结构的多模式变形需求,且所需驱动气压小,响应速度快,承载能力高。(2)针对大变形应用需求并考虑可制造性问题,设计了具有大变形功能的气压驱动单胞,基于设计的驱动单胞,设计了具有大变形功能的单肋板结构和多肋板结构。建立了以结构的变形输出为优化目标,以驱动气压、承载为约束的拓扑优化模型,基于有限元分析软件分析了结构的弯曲变形性能,验证了所建立的大变形可变体结构优化模型的可行性。设计了结构形状自适应控制器,基于检测到的结构变形情况,可自动调整驱动气压大小,使结构具有稳定的形态。(3)搭建了基于LabVIEW和cRIO的气压驱动可变体结构实验验证平台,分别制作了橡胶、凯夫拉纤维的单胞结构、多胞结构、单筋板结构和多筋板结构的实验试件。实验结果表明,多模式可变体结构在不同的驱动气压控制下可实现弯曲、伸长以及膨胀三种变形;具有大变形能力的可变体多胞结构在驱动气压下可实现30°左右的弯曲变形,且其弯曲变形角度与驱动气压、承载分别呈线性相关关系,变形响应时间为20s。实验结果和仿真结果高度吻合。