气压模拟系统能够为空间飞行器进行半实物仿真提供所需的高精度气压信号。单级气压模拟系统随工作压力点的改变具有强非线性,并且在低压范围内系统充抽气能力具有强非对称性,本文在分析以上特性的基础上,提出采用级联控制结构,以前级控制压力输出作为后级压力控制的正压源,从而减弱后级压力控制充抽气能力非对称性,并进一步提出了非线性补偿控制策略,提升系统在大范围内压力控制的一致性。本文主要研究内容如下:首先,分析单级气压模拟系统的工作原理,建立系统数学模型,并进行仿真研究,指出单级气压模拟系统具有强非线性,不同工作压力点的控制效果差异明显。同时在低压范围内充抽气存在强非对称性,导致低压范围内难以获得满意的控制效果。其次,分析单级气压模拟系统的强非线性以及低压力点表现出的强非对称性,在此基础上提出了级联控制的新型控制结构,以前级压力输出作为后级回路的正压源,为后级压力发生回路建立最佳的工作压力环境以消除后级的非线性影响,并提出非线性补偿控制策略,实现大范围压力控制性能的一致性。再次,建立级联气压模拟系统的数学模型,并进行仿真研究。比较单级气压模拟系统与级联气压模拟系统的仿真结果,结果表明,采用级联控制结构能够显著减弱系统低压力点充抽气非对称性,提升低压力点的控制性能;比较级联气压模拟系统采用常规PID控制器和采用非线性补偿控制策略的仿真结果,结果表明,采用非线性补偿控制策略能实现大范围内压力控制的一致性。最后,搭建实验平台,对采用的级联控制结构与单级结构进行实验研究,并对所提出的控制策略加以验证。结果表明级联控制结构能很好的克服系统在低压范围内的强非对称性,所提出的非线性补偿控制策略能保证大范围内控制参数的适应性。本文所做的工作创新在于提出了级联控制结构,为克服气压模拟系统中的强非对称性和非线性提供了一种有效的借鉴,具有较高的理论和实践价值。