作为工业领域应用广泛的能源之一,压缩空气在工业能耗中的比重逐渐升高。但由于压缩空气在生产环节、运输环节、使用环节均存在不同程度地浪费,导致压缩空气的利用率很低,远不能满足如今资源匮乏时代人们对节能环保的要求,因此,提高压缩空气的利用率具有重要的实际意义和应用价值。针对传统回路空气消耗量大这一问题,本文提出一种新型桥式回路,利用压缩空气的膨胀能做功和排气回收再利用达到节能的目的。本文的研究工作主要围绕以下几个方面展开:(1)基于压缩空气膨胀能做功和排气回收再利用的思想,提出一个由五个开关阀控制的桥式气动回路,通过控制五个开关阀的开闭时间来控制气缸活塞的运动,在保证活塞平稳运行到行程终点的前提下,达到系统节能的目的。(2)基于动态优化的思想,以空气消耗量为优化目标,气动系统的压力、流量及动力学方程为约束,建立系统的数学优化模型。结合有限元正交配置法和内点法,在AMPL环境下实现了桥式回路中五个开关阀开闭时序的优化计算。(3)针对不同缸径、不同供气压力、不同负载等工况,利用AMPL环境,设置不同的全行程时间和离散点数,进行大量的优化与仿真,得到桥式回路的适用范围。(4)搭建桥式回路实验台,利用Labview软件设计系统的采集和控制程序,借助传感器采集系统的压力、流量、速度和位移等信息,基于不同工况下优化算法求解得到的时序,对桥式回路的平稳性和节能性进行了实验验证,并对桥式回路的适用范围进行实验验证。