功能梯度材料（Functionally Gradient Material,简称FGM）,是在计算机辅助设计基础上,结合新的材料设计理念,设计出的内部化学构成和原子排列呈梯度变化的特殊复合材料。功能梯度材料的独特构成使之具有高强度、高耐磨性和耐高温等性能,在航天航空、生物工程、核工业等多种领域广泛应用。目前,研究人员将快速成型制造原理应用于FGM的制备,这类方法成型的FGM零件中有机物含量较高,后处理脱脂复杂,对环境不友好。本文采用低温挤压自由成形技术制造FGM,其原理是将两种不同材料的水基膏体,按照不同的比例混合,进行堆积成型,最终加工出具有一定梯度的三维零件。但是膏体挤出过程中,不可避免的存在气泡、结块和液相迁移等现象,影响加工成型过程,导致最终成型的零件表面质量差。本文针对挤出成型过程不稳定的问题,搭建FGM成型平台,致力于找到一种可控的FGM制造方法。根据搭建的FGM实验平台,确定FGM成型过程中膏体材料的制备方法,并分析成型过程中的干扰因素。详细分析膏体材料中存在的气泡、结块以及液相迁移现象对FGM成型过程的影响;推导并验证FGM成型过程中的速度匹配公式,通过实验,找到适合FGM成型的最佳膏体浓度。实验结果表明在速度匹配情况下,选用合适的膏体浓度成型的FGM零件精度较高,为接下来的FGM系统的建模和控制做出了铺垫。采用系统辨识的方法,建立稳定的FGM成型过程控制模型。根据系统辨识的原理,设计FGM系统辨识实验,以伺服挤压缸的电压信号为输入信号,挤压力为输出信号,采用残差的方差分析方法对输入输出数据进行阶次辨识。多次实验结果表明,系统的模型阶次为二阶;采用遗忘因子最小二乘递推算法,辨识系统模型参数,得到FGM成型过程控制模型的参数估计值,并对建立出的离线模型进行校验和分析,验证模型的有效性。设计自适应控制器,研究FGM成型过程实时控制方法。设计最小方差自适应控制器,对建立的FGM系统模型进行自适应控制和仿真,仿真结果表明设计的自适应控制器是可行的。结合自适应控制器的仿真结果,调整FGM挤压成型系统的输出挤压力期望值,设计FGM梯度实验,实验结果表明采用该方法可以得到任意比例梯度的FGM材料,验证了该方法的可行性,同时也表明所设计的自适应控制器能够有效的实时控制FGM成型过程。