在现代自动化工业生产中,气动调节阀由于安全可靠、低成本、寿命长、无污染等优点成为其重要组成部分,在电力、燃气、石油化工、冶金等工业中普遍应用,主要是用于工业生产中的大流速、压力、温度等变量因素的控制。高速开关阀以其成本低、小型化、高性能等优势,非常适应当前工程领域和市场上对气动伺服的需求。随着减少能耗的需求以及生产效率的不断提高,对生产过程中相关变量的控制精度提出了越来越高的要求,如何提高调节阀的定位精度变得尤为重要。基于此,本文提出了一种由高速开关阀、膜片式气动执行机构和数字控制器构成的伺服定位系统。本文首先对气动定位系统的基本构造与工作机理展开了介绍分析,控制系统主要由高速开关阀、气动执行器以及位移传感器等三个重要硬件组成。将高速开关阀等效为一维等熵流动的收缩喷管建立其质量流量方程,利用热力学第一定律得到气室热力学方程,将气动执行器简化为弹簧-质量-阻尼系统建立其力学平衡方程等,最终建立起系统的数学模型。其次,将上述方法建立的数学模型模块化,使用Simulink平台建立系统的仿真模型,仿真模型的参数利用查表和实验运算得到。为检验模型的正确性,将模拟试验结果与实际试验结果加以比较,由于模拟结果与实际测试结论的一致性较好,说明该模型具有较好的准确性,可用于控制器的设计与研究。最后,在实验平台上对高速开关阀控气动位置系统的控制策略进行了分析讨论,给定系统正弦信号和阶跃信号来测试PID控制、抗饱和PID控制、基于开环补偿的PID控制以及滑模控制的性能,结果证明了滑模控制控制在系统响应以及跟踪精度方面表现良好,且在做阶跃响应时可通过增大边界层来减少系统振荡的影响。