تحول در ساخت سیستم‌های حرکت با دقت بالا در محدوده نانومتر/میکرومتر منجر به استفاده روزافزون عملگرهای هوشمند شده است. مزیت‌های منحصربه‌فرد عملگر پیزوالکتریک، مانند دقت بالا، وزن پایین، و نیروی مکانیکی بالا، باعث‌شده برای کاربردهای تعیین موقعیت دقیق مناسب باشد. با این وجود، رفتار غیرخطی ذاتی پیزوالکتریک، هیسترزیس، عامل اصلی کاهش دقت عملکرد است. علاوه‌ بر آن وجود دینامیک‌های فرکانس‌بالا در ساختار عملگر، عملکرد سرعت بالای آن را محدود می‌کند. برای دستیابی به عملکرد مناسب عملگر پیزوالکتریک، کلید حل مسئله مدل‌سازی مناسب و طراحی الگوریتم کنترلی موثر است. یکی از چالش‌های اساسی روش‌های کنترلی مبتنی‌ بر مدل، مدل‌سازی دقیق و شناسایی سیستم تحت کنترل است، مبنای اولین هدف‌گذاری، کنترل بدون مدل عملگر پیزوالکتریک است. چالش دیگر در ارتباط با اجرای دیجیتال کنترل‌کننده‌ها است؛ اجرای دیجیتال خاستگاه نویز و تاخیر زمانی است، که موجب کاهش عملکرد سیستم کنترل می‌‌شود. بنابراین، مبنای دومین هدف‌گذاری، انتخاب روش طراحی نمونه‌داده و طراحی کنترل‌کننده مناسب بر اساس این روش است. برای دستیابی به این هدف گام مهم بدست‌آوردن یک مدل نمونه‌داده برای عملگر پیزوالکتریک است. در نهایت، برای افزایش عملکرد کنترل‌کننده در فرکانس‌بالا، طراحی کنترل‌کننده مناسب با در نظر گرفتن تاخیر زمانی صورت می‌گیرد. یکی از تکنیک‌های افزایش عملکرد سیستم کنترل استفاده از یک روش تخمین مناسب جهت تخمین نامعینی‌ها و اغتشاش‌های خارجی است. رویتگر حالت افزوده یک روش کاربردی موثر و مقاوم است که به اطلاعات کمی از سیستم نیاز دارد، بنابراین در این رساله از این رویتگر در جهت دستیابی به سرعت عملکرد بالاتر همراه با دقت ردیابی قابل قبول استفاده می‌شود. مسئله دیگر که در این رساله به آن توجه شده، حفظ سیگنال کنترل در محدوده مجاز برای محافظت از عملگر است. در این رساله، چهار الگوریتم کلی 1) کنترل مد لغزشی مبتنی‌ بر رویتگر حالت افزوده در حوزه زمان‌پیوسته؛ 2) کنترل تطبیقی بدون مدل مبتنی‌ بر رویتگر حالت افزوده با در نظر گرفتن نرخ تغییرات سیگنال کنترل، 3) کنترل مد لغزشی تطبیقی بدون مدل با در نظر گرفتن تاخیر سیستم کنترل، و 4) کنترل مد لغزشی تطبیقی بدون مدل مبتنی‌ بر رویتگر حالت افزوده با در نظر گرفتن تاخیر سیستم کنترل و نرخ تغییرات سیگنال کنترل در حوزه روش‌های مبتنی‌ بر نمونه‌برداری، برای رسیدن به هدف کنترلی مطرح‌شده معرفی می‌شوند. هم‌چنین، اثبات پایداری سیستم کنترل حلقه‌بسته و نتایج آزمایشگاهی هر چهار الگوریتم ارائه می‌شود. برای ارزیابی عملکرد الگوریتم‌های کنترلی مطرح‌شده، آزمایش‌ها با هدف ردیابی سیگنال مرجع سینوسی، ترکیبی، و مربعی انجام شده‌اند. بیشینه قدر مطلق خطا، ریشه مجذور مربعات خطا، مقدار اوج، و زمان همگرایی خطا به محدوده‌ای نزدیک صفر، به‌عنوان ابزارهای سنجش عملکرد الگوریتم‌های کنترلی استفاده می‌شوند.