随着工业自动化的不断发展,气动控制的对象越来越复杂,工业自动化对气动控制系统的要求不断提高。本文将电气滑阀与气动执行器组成的气动系统作为研究对象,研究系统的位置跟踪控制。由于气动控制系统本身具有非线性特点以及在实际工况中受到未知干扰的影响等原因,给气动系统建模与控制器的设计带来困难。本文从实际情况出发,分析气动系统的工作原理以及系统运行过程中出现的问题,以设计出易于实现的控制器,稳定准确的气动系统为目标,展开对气动系统位置控制的研究。本文具体的研究内容如下:首先,介绍了气动控制技术的研究概况,并且分析了本课题对气动控制系统研究的主要意义。通过分析气动系统的结构组成以及工作原理,并对系统的动态过程进行合理的假设,建立了气动系统机理模型,确定系统模型形式与阶次,并通过气动系统实验平台获取实验数据,使用参数辨识算法辨识气动系统的模型参数,获得气动系统较为准确的数学模型,为气动系统位置跟踪控制进一步的研究打下基础。其次,针对气动系统的实际工况中可能会出现系统输入量发生突变的问题导致系统位移出现巨大抖动,在反步法为基础的控制器中加入跟踪微分器,通过安排过渡过程优化气动系统的输入量;此外,本文将跟踪微分器引入控制器的设计之中,避免了反步法因连续求导引起的局部极限不存在的问题,简化控制器的结构,便于工程实现。再次,针对系统不可避免地会受到干扰的影响,本文设计一种基于非线性干扰观测器与反步法控制相结合的控制策略,通过干扰观测器对干扰的估计和补偿,提高气动系统的抗干扰能力;针对实际系统中存在不确定动态以及不可避免的干扰问题,本文将扩张状态观测器与反步法控制进行结合,将系统不确定项与外部未知干扰看作系统“总的干扰”,并通过扩张状态观测器对干扰估计值与系统状态的观测值一并补偿给控制器,以此提高系统输出的准确性和鲁棒性。通过实验仿真验证所设计的控制策略的有效性。最后,根据气动系统的工作原理设计气动位置跟踪控制实验平台,对两种控制策略进行程序化设计,并利用气动系统实验平台对所提出的控制策略进行位置跟踪实验验证。实验结果表明,在实验平台存在未知干扰和动态不确定的情况下,只考虑未知干扰的基于干扰观测器的反步法控制器能够获得良好位置跟踪控制效果;将未知干扰跟动态不确定性同时考虑的基于扩张状态观测器的反步法控制器具有更好的位置跟踪控制效果,更加适用于实际工程。