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气缸本身存在较大摩擦力等原因，系统的稳定性易受外界干扰和系统参数变化的影响，难以实现准确、稳定的位置控制和速度控制，在控制过程中也易出现超调、相位滞后等现象，特别在低速运行时易出现爬行，这些不利因素均限制了气动伺服控制技术的发展和应用。因此，气动伺服控制技术的私用有待于进一步研究。
随着工业自动化技术的发展，传统气动系统只能在两个机械设定位置可靠定位并且其运动速度只能靠单向节流阀单一设定的状况，经常无法满足许多设备的自动控制要求。因而电-气比例和伺服控制系统，特别是定位系统可非常方便地实现多点无级定位（柔性定位）和无级调速，此外，利用伺服定位气缸的运动速度连续可调性以替代传统的节流阀加气缸端位缓冲器方式，可以达到最佳的速度和缓冲效果，大幅度降低气缸的动作时间，缩短工序节拍，提高生产率。 2.气动伺服控制技术的现状
以上的气动开关控制系统，尽管采用了位移传感器，但位移信号只是作为逻辑判断用，没有用来调节控制信号的大小，其本质上仍是开环控制，或者说是准闭环控制。因此，这种系统的特点是成本低、控制简单；但进一步提高精度受到限制。随着进一步的研究，日本的则次俊郎第一个将PCM控制技术用于气动系统，并成功用PCM方式控制了Pendar公司的三自由度机器人，他获得的定位精度约为±0.25mm。我国对气动PCM控制的研究是从90年代初开始的，主要的研究人员有哈工大刘庆和教授领导的课题组，山东轻工学院的宁舒。我国郑学明博士对Fuzzy-PI控制气动PCM位置系统进行了研究并获
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得了±0.25mm的定位精度。另外，王宣银博士首次提出变增益PCM控制，并利用自校正，自学习控制算法，获得了±0.18mm的定位精度。这些都对准确地确定电-气伺服控制系统的数学模型是非常有意义的，并为电-气伺服控制技术的发展创造了良好的条件[13]。
由于现代控制理论和微电子技术，特别是计算机技术的迅速发展，电子技术已经渗透到各个领域；同时在气动领域，执行元件和控制元件的性能有了很大的进展，不同形式气缸的润滑和摩擦特性显著提高，动态和静态的性能更优，速度更快的控制阀已经进入市场，它们和微电子传感器技术结合更加紧密。气动元件的发展正逐步走向微型化、智能化、系统化，有力的推动了气动伺服控制技术的发展。目前，各种电-气伺服控制系统已经成功的应用于机械手定位机构、包装机械、柔性抓取机构等[14]。
不断涌现的各种工作状况对电-气伺服控制系统的控制策略提出了更高的要求，而古典控制理论是这些控制策略的基础。PID控制是古典控制理论的核心，基于系统误差的现实因素、过去因素和未来因素进行线性组合来确定控制量，具有简单、实用等特点，在气动控制技术中得到了广泛的应用[15]。PID控制设计的难点是比例、积分及微分增益系数的确定。合适的增益系数的获得，需经过大量实验，工作量很大。另一方面，PID控制不适用于被控对象参数时变、有外部扰动及大滞后系统等场合。
在此情况下，可以使用神经网络与PID控制并行组成控制器，利用神经网络的自学习功能，在线调整增益系数，抑制因参数变化等对
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系统性能造成的影响。也可以使用各种现代控制理论，如最优控制、鲁棒控制、H∞控制等来设计控制器，构成具有鲁棒性较强的控制系统。目前应用现代控制理论来控制气缸活塞位移和力的研究相当活跃，并取得了一定的研究成果。日本Okayama大学的T.Noritsugu教授和M.Takaiwa博士研究了基于压力控制的气动位置伺服系统的鲁棒控制，并指出要提高系统的控制特性，压力控制是不可缺少的。该研究将气缸的两腔压力信号引入控制器，并在控制器中设置了一个扰动观测器以提高系统的压力响应，减少摩擦力变化和系统参数变化的影响，系统的鲁棒性有了显著的提高。
自适应控制在气动伺服位置控制领域研究较多的有自校正控制和模型参考自适应控制两类。自适应控制系统的最大特点是被控对象能自动适应工作环境及自身参数在一定范围内变化，使系统始终保持在优化状态下工作。自适应控制的出现，改变了控制系统只能在事先确定的参数状态下工作的局限。尽管当前各种自适应控制在气动控制领域中有了一定的应用，但并不广泛。其主要局限在于在线计算工作量大和需事先知道数学模型或是一些先验知识，要满足李雅普诺夫或波波夫稳定性条件等。当前自适应控制的进一步研究方向是减少在线计算工作量及对数学模型的依赖性，使之能够满足比较复杂的气动系统在线控制的需要。
结合控制理论和现代电子技术，全数字化伺服控制器已经成为研究热点[16]。以美国TEXAS INSTRUMENT 公司推出的TMS320系列高性能数字信号处理器（DSP）可望实现伺服系统的全数字化。
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与全硬件以及混合型系统想比，全数字化进给伺服系统有许多明显的优点[]:
（1）在全硬件和混合型系统中模拟信号因温度、器件老化等原因引起零点漂移和偏离，在全数字化系统中，对模拟电平以下的信号漂移，噪声干扰将不予响应，而且还可以用软件进行自动补偿，因而提高了速度、位置控制的精度和稳定性。
（2）在全硬件的模拟控制系统中，微弱信号的信噪比很难分离，而在全数字伺服系统中，可以通过数字滤波技术将其除去。
（3）全数字化伺服系统可以采用软件实现对各种测量误差进行补偿，实现精确的伺服控制。
（4）全数字化伺服系统中控制环全部软件化，很容易引进经典和现代控制理论，实现系统最佳控制。
（5）系统能够高速地传递各种状态信息参数，进行系统故障的自诊断和报警[17]。
3.气动伺服系统的组成与分类
气动伺服系统一般由控制器、电-气控制元件、气动执行元件和反馈器件（传感器）组成（如图1.1所示）。控制器一般指计算机或可编程控制器等器件；电-气控制元件为电气比例阀、电气伺服阀和电气开关阀；气动执行元件一般包括气缸、气爪和人工肌肉等；反馈器件一般指位移传感器、加速度传感器等。
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图1.1气动伺服系统的系统组成
气动伺服控制系统按被控参数分类，可分为速度控制系统、位置控制系统、力控制系统、位置与力复合控制系统等。 按控制元件分类，则有以下几种方式：
（1）以气动比例阀为控制元件构成的系统，气动比例阀随着比例电磁铁技术的日益成熟，已出现商品化产品，且价格适中。
（2）以气动伺服阀为控制元件构成的系统，这种方式性能最好，但由于气动伺服阀结构复杂、价格较高、利用条件苛刻，一般的应用场合难以接受。
（3）以气动开关阀为控制元件，配合以PWM、PCM、PNM等控制方式构成的系统。
按控制方式分类，气动伺服系统可分为电-气开关/伺服系统和电-气比例/伺服系统两类。其中，电-气比例/伺服系统占有主要地位。此类系统的电气控制元件是电-气比例/伺服阀，通过调节作用在比例电磁铁上的电压或电流大小，可实现阀出口流量或压力的连续控制，从而实现气动执行机构的高精度定位、速度或力的伺服控制。
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