高速开关阀成本低、切换速度快、抗污染能力强及重复精度高等优点,越来越受到气动控制研究人员的青睐。为了探索负压伺服控制系统新型控制结构,拓展研究手段,提高动态性能,本文采用高速开关阀替代比例/伺服阀作为负压伺服控制系统的控制元件。由于高速开关阀流量的非连续性输出、系统的充、抽气能力的非对称性和系统本身的不确定性非线性影响,常规的线性控制器无法取得理想的控制效果。因此,本文对基于高速开关阀的负压伺服控制系统展开了研究,主要的研究内容如下所示:1)分析了高速开关阀的PWM(脉宽调制)动态特性。基于仿真分析,得到了PWM信号占空比与高速开关阀平均气体质量流量的对应关系。针对对应关系中存在的非线性区域,采用流量输出线性补偿方法,使得平均气体质量流量与PWM信号占空比成近似正相关。2)建立了负压伺服控制系统的数学模型,通过仿真和实验分析研究发现了系统的充、抽气单元存在充、抽气能力的不对称现象。设计了负压伺服控制系统非对称性结构,使得系统的充、抽气单元的充、抽气能力基本对称。同时设计了非对称性补偿算法,进一步消除系统的非对称性影响。3)由于在系统实际建模过程中存在不确定性非线性和参数不确定性影响,本文设计了两类非线性控制器:(1)滑模变结构控制器对系统参数的摄动不敏感,同时对系统不确定性非线性具有良好的适应能力。(2)自适应反步法控制器利用自身的鲁棒性抑制系统不确定性非线性的影响,并结合自适应律在线参数更新的优势,提高系统的控制性能。4)搭建了负压伺服控制系统实验平台,对设计的非线性控制器进行实验研究。实验结果表明,自适应反步法控制器的跟踪效果优于滑模变结构控制器,在设定的跟踪压力范围中均能取得较好的稳定控制效果和动态跟踪性能。非对称性补偿算法进一步消除了系统的非对称性影响,提高了系统的控制精度。