本文以三自由度气动混联运动模拟平台为研究对象,模拟汽车、飞机、轮船等运动体的匀速行驶、转弯、漂移、升降等运动状态。由于空气的可压缩性、气动人工肌肉的柔性、气缸内部的摩擦阻力、空气粘性阻力以及平台负载的变化等不确定性因素给该实验平台的控制带来了难点与挑战。本课题主要采用先进的自抗扰控制技术克服该运动平台自身以及外界干扰带来的模型不确定、状态响应缓慢等问题,同时考虑执行机构中存有的执行器饱和问题,最终保证该平台在安全范围内实现精准的位姿控制。首先,整体介绍该三自由度气动混联运动模拟平台的组成结构,并分别研究气动人工肌肉驱动关节以及阀控缸系统的工作原理。经受力分析建立气动人工肌肉驱动关节以及阀控缸系统的复杂非线性模型。其次,在固有负载情况下,针对气动人工肌肉驱动关节系统偏转角度跟踪控制进行研究。为了避免由于初始跟踪误差过大而造成的输出超调现象,设计跟踪微分器,安排合适过渡过程;并设计非线性扩张状态观测器实时估计系统中的非线性不确定项,补偿到线性反馈控制器中,最终通过实验验证该控制策略的有效性。再次,为了实现在不同质量的负载情况下,气动人工肌肉驱动关节系统仍能够实现良好地轨迹跟踪控制,将变负载以及系统自身的非线性不确定因素当作“总和扰动”,设计线性扩张状态观测器对“总和扰动”进行实时估计并补偿到非线性误差反馈控制器中,克服“总和扰动”对系统造成的不利影响,提高系统的鲁棒性。实验结果表明所提出的控制方案的有效性。最后,考虑系统中的执行器饱和问题,采用自抗扰控制技术克服跟踪误差系统中的“总和扰动”,并运用凸包形式对饱和控制器进行处理,通过线性矩阵不等式技术求解凸优化问题,最终获得系统状态的稳定区域,即吸引域。进而保证了气动混联运动模拟平台在安全范围内实现三自由度运动。