气动伺服比例系统与液压系统相比,气动系统的驱动力往往较小,因此,在气动驱动系统中,将多个气动执行元件并连起来共同驱动完成某一动作是人们一贯采用的解决方案。但是气动系统本身固有的强非线性、参数时变性和模型不确定性等,多个气动执行元件的同步运动往往得不到保证,导致运动部件的卡滞,甚至对机械部分造成破坏。基于此种问题,本文以聚氨酯固化道床烘干冷却设备的四缸气动提升系统为研究背景,研究气动系统执行元件的同步性运动问题。单自由度气动伺服系统模型的建立,主要包括系统中气体状态微分方程的建立、气动比例阀口气体流量方程的建立和气缸活塞的运动方程。本文在分析气动比例伺服系统运动特性的基础上,建立了准确描述单自由度气动伺服比例系统的非线性数学模型,并且在MATLAB/SIMULINK环境下进行了数值仿真,实验结果证明了所建立的数学模型是合理有效的。气动伺服比例系统严重的非线性对于控制器的设计造成了很大的困难,因此,对研究对象进行精准的线性化是非常必要的。本文针对聚氨酯固化道床烘干冷却系统的密封装置升降运动建立了气动四缸驱动的3自由度微分方程,并对方程进行了线性化。本文针对研究对象驱动冗余的特性,提出了控制分配问题,并将控制分配理论应用到该研究对象中,设计了基于李雅普诺夫直接法的内环压力控制和外环具有鲁棒控制特性的滑模变结构控制的双闭环控制系统,进行了MATLAB/SIMULINK数值仿真。仿真结果表明采用内环压力控制和外环滑模变结构控制的双闭环控制系统,能够保证密封装置在垂向干扰阻力和两个绕水平方向坐标轴的干扰力矩作用下,仍然能够保持良好的水平姿态,并且精确跟踪预先设定的运动轨迹。