本文针对负压伺服系统中通常采用的定容积控制方式,在1～10k Pa低负压模拟范围存在真空泵抽气能力不足、管路动态特性等问题,提出了一种变容积控制方式,设计了一种基于真空气缸的负压伺服系统,并进行了基于真空气缸的负压伺服系统鲁棒控制策略和自适应鲁棒控制策略研究。本文开展的工作如下:首先,设计了一种结构对称的真空气缸,建立了真空气缸状态空间模型,通过FFT和公式计算两种方法求取了真空气缸的固有频率,分析了真空气缸的固有频率特性,阐述了真空气缸的固有频率与活塞外径、单腔初始宽度等结构参数的关系,提出了一种用于真空缸结构参数优化的差分进化（DE）算法,完成了真空气缸结构优化设计。本部分工作对于负压伺服系统元器件的优化设计具有参考意义。其次,以优化设计后的真空气缸作为负压伺服系统被控对象,提出了一种基于真空气缸的负压伺服系统方案,并搭建了负压伺服系统实验平台,采用前馈PID控制,完成了1～6k Pa压力范围、0.2k Pa跟踪幅值、2Hz跟踪频率正弦信号的系统验证仿真和实验研究。从仿真和实验结果可以看出,基于真空气缸的负压伺服系统具备可行性,但压力控制性能有待进一步提升,需要在前馈PID控制研究的基础上引入其它控制策略。本部分验证了基于真空气缸的负压伺服系统的可行性,拓展了负压伺服系统控制结构。最后,分析了负压伺服系统摩擦、泄漏、初始压力偏移、初始位置偏移等干扰因素对压力响应的影响,在不同的状态空间变量加入了干扰因素的影响,在对系统反馈线性化的基础上设计了鲁棒控制器,进一步地,为了实现1～10k Pa负压连续控制,设计了自适应鲁棒控制器。根据鲁棒控制和自适应鲁棒仿真结果,相比前馈PID控制,鲁棒控制克服了系统受干扰影响较大的问题,提升了负压伺服系统的压力控制性能,自适应鲁棒控制实现了1～10k Pa低压力区间高精度、高动态控制性能的一致性。本部分工作可以为负压伺服系统控制策略研究提供借鉴。本文设计了一种基于真空气缸的负压伺服系统,对优化负压伺服系统、拓展负压伺服系统控制结构、实现低负压连续控制具有一定的理论和工程应用价值。