本发明公开了一种结构热试验非线性扩展状态观测器全局滑模控制方法，包括：根据能量守恒定律、热力学和传热学，建立结构热试验气动热地面模拟系统输入电能与输出电热能之间的数学模型；基于结构热试验气动热地面模拟系统模型，构建非线性扩展状态观测器，观测系统扰动；利用结构热试验气动热地面模拟系统输出的跟踪误差和非线性函数，构建非线性全局滑模面；以幂次趋近律和等速趋近律为基础，设计在混合趋近律下的结构热试验气动热地面模拟系统控制器α(t)，并证明其收敛性。本发明有效地提高了控制的动态性能，实现了大误差小增益、小误差大增益，提高了全段的收敛速度，具有强鲁棒性。