气压传动系统,具有防磁、防火、防爆、快速、易维护等特点,在工业自动化中广泛应用,其设计和应用技术已经比较成熟。随着工业自动化技术、控制理论的发展,气动伺服技术更广泛的应用于工程中。随着汽车工业的发展,汽车同步器的应用越来越多,工程中精确测试同步器的试验台应用随之增长,换档精度的要求也必然提高,所以对气动伺服换档机械手的研究具有重要的意义和广泛的应用前景。本文构建了气压伺服换档机械手系统的实验装置,采用机理建模方法建立了系统的四阶数学模型,对数学模型进行了线性化处理,计算了该系统工作点的线性化系数,得到系统的传递函数、状态方程。采用状态反馈控制策略,根据极点配置方法设计了本系统的控制器,并进行了系统仿真,通过仿真得到系统的一些特性,采用误差提前量补偿方法以减小系统换挡曲线跟踪的时间滞后。在LabWindows/CVI环境下开发了该系统的操作界面程序,在RTX环境下开发了系统的实时控制程序,编写了该环境下各板卡的测试程序。成功地将CAN总线报文格式的数据接收、发送技术应用于该实时控制系统中,提高了系统的抗干扰能力,减小了系统的噪声影响。根据实验研究中遇到的问题,采用了分段控制器的设计,并对按气缸运动方向分段与按误差分段的控制器进行了对比实验研究,得出误差分段控制器对该换档机械手曲线跟踪较为有效。应用该种控制策略,进行方波响应实验,实验表明该系统的稳态精度高,响应时间短,系统的稳态误差可以控制在±0 .06mm以内,上升时间在0.3s以内,在未加补偿的情况下,系统对换档曲线的响应滞后大约为0.032s ,加入补偿后,对换档曲线响应的滞后约为0.02s,比未加入误差补偿前减小了1/3 ,实验结果表明,状态反馈极点配置控制策略及误差提前量补偿对该气动伺服换档机械手系统是很有效的。