直升机以其直接起飞、着落、实现多方向旋转等特性,近年来在航空航天、社会发展中受到了越来越多的关注,我国疆域辽阔,对军用和民用直升机的需求数量也必将越来越大。然而随着直升机飞行任务的不断复杂化,直升机飞行速度低、机动性不高、易受干扰等缺点也慢慢暴露出来。为提高直升机的生存能力,适应未来高度复杂任务的需要,现代直升机系统除了要具备快速性、稳定性、可靠性等特点外,还需要具有更强的鲁棒性。另一方面,随着航天事业的发展,模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。磁悬浮技术因与受力体无接触,消除了摩擦阻力和速度限制等方面的问题。但是由于磁悬浮系统本身是一个非线性、本质不稳定的系统,因此在控制策略上需要采用非线性鲁棒反馈控制方法。传统的线性控制方法虽然具有可调控制器增益、消除控制系统偏差、增强系统稳定性的功能,但是由于它是建立在小扰动线性化和参数不变的基础上,往往在建模时忽略了非线性和耦合的影响,因此必然存在着模型不精确、控制器对外干扰和参数变化敏感的缺点。要想克服传统控制方法的缺陷,除了在建模时要充分考虑到非线性因素的影响外,还需要选择一种具有鲁棒性能的控制策略。而全程滑模变结构控制继承了传统滑模变结构控制的一系列优点,对系统参数不确定性和外部干扰具有全程鲁棒性。鉴于此,本文采用全程滑动模态变结构控制设计直升机和磁悬浮球系统的控制器。本文首先介绍了Quanser公司3-DOF直升机系统的软硬件结构图,分析了系统的动力学特性,建立了三个自由度的数学模型,经过进一步分析,简化了系统模型,最终建立了一个七维的状态空间方程,为设计系统控制器做好了铺垫。然后,结合全程滑动模态变结构控制和趋近律方法,设计了直升机系统的反馈控制,采用Matlab和Wincon软件对系统进行实时控制。仿真结果表明,全程滑模变结构控制器使3-DOF直升机模型系统具有很好的静态和动态特性,对参数不确定性和外干扰具有很强的鲁棒性。最后针对单自由度磁悬浮球这类典型的非线性、不稳定系统设计了全程滑模变结构控制器,并结合趋近律控制系统到达滑模面的速度和抖振,作了相关的仿真和实验。实时实验表明该方法动态响应速度较快,并且对外干扰具有较强的鲁棒性。