重力补偿系统可在地面模拟微重力环境,为飞行器等在轨飞行前提供技术保障。现存的重力补偿方法大多存在造价昂贵、实验环境苛刻、占地面积大、模拟时间短等缺陷。本研究设计一种基于静压气浮式无摩擦气缸搭建的重力补偿装置并对其展开理论与实验研究,该装置成本低廉、对实验环境要求不高、占地较小且模拟时间不受限制,可满足在地面模拟微重力环境的要求。首先完成了气动重力补偿样机主要部件的选型和样机搭建过程,阐述了重力补偿系统的加载实现。然后建立了一个大致可反映系统特性的二阶压力微分方程,通过仿真分析了影响气动重力补偿系统特性的因素。其次设计了一种改进型无模型自适应控制器,通过引入伪梯度估计误差项来调整伪梯度估计值进而加速伪梯度辨识过程,从而形成一种提前控制的控制方案,使得伪梯度估计值辨识精度更高。仿真结果验证了改进型无模型自适应控制器应用于气动重力补偿系统的有效性。最后通过多组实验对比分析了 PID和改进前后无模型自适应三种控制器的静态及动态特性。通过实验得出,改进型无模型自适应控制器阶跃响应(0.2MPa)稳态误差小于200Pa,正弦跟踪(幅值0.12MPa,频率0.04Hz)平均误差约为1.94KPa,相比于PID控制相位滞后减小了约为48.5%,在期望压力为0.3MPa下系统进入稳态后突降气源压力,缸内压力误差仍能保持在300Pa内,实现了气动重力补偿系统的静态及动态重力补偿。