● 摘要
本文主要介绍了滑模控制理论及其在气动作动器系统中的应用。文章首先概述了滑模控制的基础理论，包括二阶滑模控制，高阶滑模控制以及其在数值微分问题中的应用。本文研究的重点是气动作动器系统状态变量的观测问题，即如何利用有限的测量量对系统的状态变量进行观测。首先，通过对气动作动器各部件特性的研究，建立了系统的非线性仿射模型。以此为基础，展开了对气动作动器系统能观性的分析。当系统具有能观性时，可以利用输出量及其高阶导数推算出系统的状态变量。
本文的主要贡献在于系统观测器的设计。观测器的使用是解决系统状态观测问题的常用方法。在观测器的设计过程中，首先，通过将系统改写为能观规范型，推导出观测器的一般表达式。接下来，分别利用高增益以及高阶滑模两类方法设计出了，适用于无扰动系统的压力观测器与适用于扰动系统的扰动观测器。在实验测试中，对各观测器的性能进行了对比分析。
微分器的运用提供了系统状态观测问题的另外一种思路。在气动作动器系统中可通过计算位置信号的导数，对速度及加速度进行估计。从经典数值微分器，到以线性代数理论为基础的代数微分器，再到高阶滑模微分器，本文对他们的原理以及特点进行了介绍。在一系列实验测试中，对比分析了各种方法的优缺点。