临床上对一些常见足踝疾病形成和治疗的生物力学机理还尚不清楚,治疗方案优化和选择多依据经验、静态或准静态模型应力分析及简化模型的运动学和动力学研究成果,仍缺乏足够的科学依据。因此,探讨人体足踝各组成部分之间的力学运动关系,包括相对运动和相互作用力关系以及使足踝完成正常步态和各种复杂运动时肌肉力的时间历程变化规律成为亟待研究的课题。针对以上问题,本文提出了一种基于电、液混合驱动并应用于人体足踝步态模拟和力学测量的六自由度足踝步态模拟器。水平驱动液压系统作为该模拟器的一个子系统,在足踝复合体的模拟实验过程中是典型的带负载扰动的电液比例位置控制系统,其动态跟踪精度和鲁棒性能对足踝复合体步态模拟和力学测量的过程起到至关重要的作用。因此,需要对带负载扰动的电液比例位置控制系统控制策略进行深入的研究以提高六自由度足踝步态模拟器的实际效果。本文针对六自由度足踝步态模拟器的水平驱动液压系统开展了如下的具体研究工作:首先,根据足踝复合体运动学和动力学特性对六自由度足踝步态模拟器进行整体方案设计,包括水平驱动液压系统、六自由度并联驱动机械手、胫骨力加载系统和肌腱力加载系统。同时,分别讨论了六自由度并联驱动机械手、胫骨力加载系统和肌腱力加载系统等子系统的设计思路与方案。特别地,对水平驱动液压系统的整体设计方案以及元器件选型进行了详细的介绍。其次,结合电磁比例方向阀负载流量方程、液压缸流量方程和液压缸动力学平衡方程等液压动力元件的三个基本方程建立了带有负载扰动的电液比例位置控制系统的数学模型。同时,为了方便控制策略的设计,推导出相应的系统状态空间表达式。根据水平驱动液压系统的具体设计参数,在Matlab/Simulink中利用S-Function搭建基于状态空间表达式的电液比例位置控制系统数学仿真模型以及利用SimHydraulic搭建其物理仿真模型,分别对两个仿真模型进行对照仿真分析。再次,针对足踝步态模拟过程中蓄能器供油压力、六自由度并联驱动机械手惯性力、胫骨力加载和肌腱力加载等扰动及电液比例位置控制系统中不确定参数对系统跟踪精度和鲁棒性能的影响设计了鲁棒控制策略。该控制策略基于动态面的方法,通过引入一阶滤波器消除了传统反步法引起的“复杂性爆炸”等问题,并结合不连续投影方法设计了自适应律,通过李雅普诺夫方法证明了控制策略的稳定性。接着,基于已经建立的数学仿真模型,在Simulink中完成了鲁棒控制策略和自适应鲁棒控制策略的设计工作。针对建立完成的仿真模型,开展了两种控制策略分别对电液比例位置控制系统在不同类型非线性负载扰动作用下的跟踪精度及鲁棒性能的研究以及自适应鲁棒控制策略对蓄能器供油的压力补偿作用。最后,搭建了六自由度足踝步态模拟器实验平台,基于LabVIEW软件完成了控制程序的编写工作:包括水平驱动液压系统、六自由度并联驱动机械手、胫骨力加载系统和肌腱力加载系统的控制,自适应鲁棒控制策略的实现,模拟器关键数据采集和安全保护等。在此基础上对带有负载扰动的水平驱动液压系统进行了相应的实验研究,分析了传统PID控制策略、鲁棒控制策略和自适应鲁棒控制策略对不同负载扰动工况下的系统跟踪效果和鲁棒性能。实验结果表明,鲁棒控制策略对电液比例位置控制系统的鲁棒性能有非常大的提升作用,基本能够保证六自由度足踝步态模拟器的要求。比较而言,自适应鲁棒控制策略在保证鲁棒性能的同时提高了系统的跟踪精度,能够保证水平驱动液压系统在不同非线性负载扰动的工况下稳定、精确地配合完成足踝复合体的生物力学实验工作。