垂直轴是超精密多轴机床的重要组成部件,垂直轴卸荷是垂直系统研究中的重要问题之一;为了提高垂直轴定位精度,避免气缸控制与垂直轴控制冲突,实现气缸卸荷压力的稳定调节,需要以垂直轴卸荷气缸的压力补偿系统为研究对象,将预测控制应用于卸荷气缸的压力控制上,完成基于预测控制的垂直轴卸荷气缸压力精密伺服系统的研究与设计。首先针对气动系统的强非线性与参数时变性及气体的可压缩性等问题,对卸荷气缸压力补偿系统进行了数学建模;从气缸的运动动力学方程出发,建立其压力微分方程,并结合比例阀的流量模型,在零点处进行线性化处理,从而得到卸荷气缸控制系统模型,建立系统方框图,获得传递函数;并探究了传递函数的准确度;同时为了更好了解卸荷气缸压力控制系统的特性,对其进行相应的气动仿真分析,探究了温度、气管、储气罐等对气缸压力调节的影响,为后续元器件选型提供理论基础。然后,基于建立的控制系统模型,考虑到卸荷气缸时变性、滞后性及非线性的特点,将动态矩阵控制（DMC）应用于卸荷气缸压力控制上;结合控制系统实际情况,对DMC预测控制的相关模型参数进行了整定;同时,为了更好地处理卸荷气缸压力控制中的非线性问题,提高DMC预测控制的运算速度,降低误差,建立了T-S模糊模型;通过模糊均值聚类均值算法及最小二乘法,完成T-S模糊模型的参数辨识,并对建立的T-S模糊模型进行了评价;通过对基于T-S模糊模型的DMC预测控制算法的仿真分析,发现该算法抗干扰能力较差,适用于渐稳定系统;因此,结合模糊PID控制,提出了DMC-模糊PID串级控制的算法,并将其与PID控制进行了仿真对比研究。最后搭建实验平台,编写PLC控制程序,将DMC预测控制通过OPC通讯,应用于卸荷气缸压力补偿控制系统中;然后通过实验对比例阀数学模型进行实验验证;同时进行了稳压控制实验以及跟随控制实验,完成了控制算法的实验验证,基于实验相关数据对模型参数进行修正。