气动技术具有一系列显著优点，在工业生产中得到了越来越广泛的应用，已成为实现自动化技术不可缺少的手段。进入上世纪90年代后，气动技术更是突破传统死区，经历着飞跃性发展。气动伺服技术作为本学科的前沿研究领域，备受人们的重视。气动伺服定位技术已能使气缸在高速运动下实现任意点、高精度定位，突破了传统的气动定位方法。基于众多中小企业关于工程可行性好、性价比高的气动自动化设备改造的需求，本文提出了一种低成本的基于比例方向阀的直线气缸位置控制系统，仿真结果表明其具有理想的控制性能，因而以期其能在工程中获得推广和应用。文中以气体动力学为基础，运用诸如热力学定律、能量守恒定律、牛顿第二定理等一些已知的定理和定律，通过一些合理而必要的假定和简化，获得了被控对象的基本状态方程。最后，利用Simulink强大的非线性建模功能，建立了一个全新的基于比例方向阀的直线气缸位置控制系统的非线性模型。其中，关于气缸非线性摩擦力的模型，文中充分考虑了气缸因加工而引起的不同位置摩擦力不同的因素，进一步改进和完善了前人的研究成果，使得该非线性模型更加接近实际系统，为研究系统的控制策略提供了基础和依据，也为研究其它气动伺服系统的建模提供了一个新的思路。同时，文中利用Simulink的线性化工具对系统模型在具体工作位置作了线性化处理，为PID控制器的参数设定提供了依据。关于控制策略的研究，文中针对常规PID控制器对系统控制时在目标值附近出现的缓慢“爬行”振荡问题，指出了这是由于气体的压缩性引起气体压力响应的滞后和气缸非线性摩擦力相互作用的结果，从而确定了复合智能积分PID控制策略，并获得了理想的控制效果。同时，关于气缸摩擦力的顺馈补偿控制，由于气缸摩擦力无法直接实时测量获得，因而不满足顺馈控制的基本要求，文中关于此点提出了两种间接获得实时测量的途径，即由气缸两腔的压力和活塞的加速度通过牛顿第二定理间接获得，或者通过活塞速度利用所建立的气缸摩擦力模型而间接获得。最后，本文充分考虑到气动系统的非线性和时变性，利用Simulink的PID控制器参数优化工具，假定系统参数k(定压比热和定容比热之比)和T(环境温度)的变化范围，获得了复合智能积分PID控制器更加优化的参数值。仿真结果表明，该系统不但对气缸任意位置可控，而且具有良好的控制结果。