重力补偿系统广泛应用于太空零重力环境的模拟,为飞行器、太空站等航天系统的在轨飞行之前提供可在地面进行相关动力学实验的零重力环境。因气动系统具有较高的功率质量比、优良的可控性,可实现动态补偿等优点。本课题提出基于气浮无摩擦气缸的气动重力补偿系统,通过对气缸腔内气体压力的高精度控制,实现对负载实时精确的重力补偿。本文主要研究内容概述如下:首先,设计气动重力补偿系统的总体结构,对系统所需的关键元器件进行选型和特性分析,设计系统机械结构和系统软件结构,并研制控制系统样机;其次,基于自抗扰控制器进行气动重力补偿系统的压力控制策略分析,并针对经典自抗扰控制器中非线性函数fal不连续可导的缺陷,将其改进为整个实数域内的光滑连续函数,从而实现对自抗扰控制器的改进;再次,对基于比例流量阀控制的气动重力补偿系统的压力伺服控制建立二阶简化数学模型,针对所建立的数学模型,进行经典自抗扰控制器、改进自抗扰控制器和传统PID控制器的仿真实验;最后,对所研制的气动重力补偿系统样机进行压力控制实验。研究结果表明,针对基于气浮无摩擦气缸的重力补偿系统的自抗扰控制器的改进是有效的,改进自抗扰控制器的控制精度、响应速度、抗干扰能力等均明显优于传统PID控制器。相较于传统PID控制器,改进型自抗扰控制器稳态误差减小达62.81%以上,响应速度提升58.67%以上,抗干扰能力提升59.65%以上,实现了气动重力补偿系统的实时高精度压力控制。