随着信息技术、生物技术、超精密加工技术等的发展，人们对驱动进给方面也提出了更高的要求——大行程和高精度。双级执行器系统能够将传统的具有大行程范围优点的执行器与具有高精度优点的智能材料执行器相结合，同时实现大行程和高精度的性能。本文对两级执行器分别进行建模与控制器设计，并通过设计协同因子将两级执行器结合起来，主要工作有：（1）对第一级执行器建立数学模型并设计控制器。第一级执行器采用常规伺服电机，通过分析其物理特性以及驱动方式建立数学模型；在近似时间最优控制的基础上利用给定参考输入的某个领域设计预先控制器，仿真结果表明了控制方案的可行性。（2）对第二级执行器建立数学模型并设计控制器。在本文中，将第二级执行器系统分为控制方向已知与控制方向未知两类并考虑智能材料执行器中非平滑、多映射的迟滞非线性。对控制方向已知的非线性系统采用改进的Bouc-Wen模型描述迟滞特性，提出了一种基于误差变换的反步控制器设计方案。首先利用Bouc-Wen模型中的变量特性，通过预设性能函数，将误差约束在预设范围内。然后通过误差变换，将一个对输出误差存在约束的跟踪问题转化为一个无约束的镇定问题。最后利用反步控制法设计迟滞系统的控制器，该控制方法保证期望的跟踪精度，并能将误差限定在设定范围内且满足预设性能。对控制方向未知的系统，首先提出动态迟滞算子来扩展输入空间建立神经网络迟滞模型，然后利用RBF神经网络逼近未知函数，并引入Nussbaum型函数来解决系统未知控制方向问题。最后采用误差变换将误差限定在预设的范围内,并利用反步法设计自适应控制器。本文所采用的改进Bouc-Wen模型与神经网络迟滞模型能够较好地描述迟滞特性，控制方案不仅能够保证跟踪精度，还可以提高系统暂态和稳态性能，仿真结果表明设计方法的有效性。（3）对双级执行器系统设计协调控制器。设计协同因子以实现两个执行器的协同控制，克服两个执行器分开控制造成调整时间长的缺点，通过综合性能指标选择协同因子中的可调参数。为证明方案的有效性，对系统进行了仿真，结果表明能够有效减少调整时间。