本文以三自由度气动直角型复合运动平台为对象,研究气动伺服系统的位置控制。由于空气的可压缩性、气缸受到的摩擦力、外界扰动和气密性等非线性因素给实验平台的控制带来了难题和挑战。本文主要采用非线性控制策略来处理三自由度气动直角型复合运动平台系统中存在的非线性因素,以提高三自由度气动直角型复合运动平台的控制精度与响应速度。首先,叙述了本文的研究背景和气动伺服系统的研究现状,简单描述了自抗扰控制、预定性能控制和有限时间控制。阐述了三自由度气动直角型复合运动平台的机构设计和回路控制,介绍了主要元器件、工作原理以及测控软件,并且详细的描述了三自由度气动直角型复合运动平台的控制过程。其次,针对三自由度气动直角型复合运动平台单气缸的位置控制进行了研究,跟踪微分器(TD)用来安排过渡过程,获得期望信号和微分信号。扩张状态观测器(ESO)用来估计总扰动,另外,应用李雅普诺夫方法获得了ESO的解空间为工程调参提供了理论借鉴。同时,设计了预定性能控制器确保了瞬态性能,并且将扰动在控制器中进行补偿提高了鲁棒性,利用李雅普诺夫理论证明了基于ESO的预定性能控制器能使闭环系统稳定。通过实验验证了,基于ESO的预定性能控制算法是有效的。再次,针对自抗扰控制器和ESO的分离性问题进行了研究。通过增添压力传感器,建立了带有匹配和非匹配扰动的三阶模型,对状态矩阵进行合理的转换,利用李雅普诺夫理论对本章设计的自适应控制器和自适应ESO进行了联合证明,获得了宽松的有界稳定条件,同时,避免了对分离性问题的讨论。通过与参考文献对比,展示了本章提出的控制策略提高了平台的控制效果,验证了算法的有效性。最后,针对带有压力传感器的三自由度气动直角型复合运动平台建立了匹配扰动和非匹配扰动模型提出了双闭环控制策略。在内环中设计了内环控制器和内环ESO补偿并估计匹配扰动,在外环中设计了外环控制器和外环ESO补偿并估计了外环系统中的非匹配扰动。利用李雅普诺夫理论证明了双闭环控制策略可以实现有限时间稳定。通过实验,验证了本章设计的控制策略能有效补偿系统的匹配和非匹配扰动,与参考文献相比本章的算法改善了平台的控制效果,验证了算法的有效性。