低气压系统是国家重大科研仪器研制项目“临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置”的关键子系统,其中的气压动态平衡控制技术是保证气压稳定和可控的关键,本文选题具有重要的科学应用价值。低气压系统通过对进气量和真空泵抽气量的联合控制来达到气压的动态平衡,稳定维持实验所需的气压环境,并在实验过程中提供可以连续调节的气压状态。由于临近空间高速目标等离子体电磁科学试验研究装置具有特殊的科学实验目标和实验流程,本文根据实验需求设计了一套具有针对性的控制系统,在对国内外相关气压控制领域的研究现状的了解和总结的基础上主要进行了下面几个方面工作:(1)首先,本文所依托的实验流程和装置较为复杂,在对实验装置进行了详尽的调研后,通过分析实验装置和实验过程,结合真空技术理论和气压传动理论,运用了物理推导的方式分析了低气压系统中气压变化的物理机理,分析了系统的影响因素,确定了被控量与输入量的基本关系。(2)其次,本文通过低气压系统的静态特性试验和动态特性试验,采用过程控制建模方法建立了低气压系统模型,其中静态模型表示在输入量确定的情况下气压最终达到的稳定值,对低气压系统的控制分析具有指导作用;动态模型通过阶跃响应试验数据,确定了被控对象动态响应增益表达式、系统时延等参数,保证模型与实验装置具有一致性。通过对动态模型的分析,发现低气压系统模型具有强烈的非线性与升降压模型差异性,其主要原因是系统进抽气量与气压值具有一定关系且升降压过程主要作用装置的不同。(3)在对低气压系统动态特性的分析的基础上,设计了一种带有自调整机构的模糊控制算法。为了获得更好的控制效果,本文在模糊控制的基础上设计了自调整机构,在升降压两种情况和不同工作点阶段下可以自行对控制器参数做出调整,其作用是抵消一部分系统的非线性。为了深入比较自调整模糊控制器与常用传统PI控制器控制效果区别,对两种算法分别进行仿真实验,通过仿真实验的结果可以发现该算法能够使气压的动态响应速度更快、系统超调量更小、响应曲线更加平稳,并且在常用压力段均表现良好。(4)最后,本文设计了一整套适用于实验装置的低气压控制策略,包括实验准备阶段和实验阶段的控制策略设计。完成实验装置控制器的选型,程序设计以及上位机监控程序的设计。通过实验数证了模型的有效性和自调整模糊控制算法具有良好的动态特性,实验结果达到了低气压控制系统的技术指标以及控制功能要求。本文通过以上工作完成了低气压系统的控制方案设计与实现,从物理机理研究、模型建立、控制算法设计,到最终的控制方案实现,均以达到项目要求、可实施性强、性能优良为原则,实现了低气压系统的稳定控制,为等离子电磁实验提供良好环境。