气动伺服控制技术使用压缩空气作为动力源,通过各种控制元件驱动执行元件运动,是航空、航天及自动化的一门重要技术。传统的开关阀通常以脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）作为主要调制技术,尽管使用开关阀组成的控制系统具有结构简单等优点,但其控制精度较低,并且存在较大的控制死区。针对开关阀PWM调制技术在气动伺服控制系统中所存在的缺陷,本文提出一种错时调制（Time Interlaced Modulation,TIM）技术,通过不同开关阀错开时机调制的方法以实现高精度的伺服调节。为了探讨高速开关阀错时调制的控制性能和可行性,本文基于高速开关阀错时调制技术,在压力、力和位置伺服控制系统中分别加以应用,并开展了建模、控制、仿真分析以及试验研究:（1）建立了气动伺服系统模型。首先针对高速开关阀的电、磁、机械和流体这四个子系统进行数学建模,由四个子系统组成的高速开关阀数学模型可以精确地反映开关过程中的阀芯运动状态。其次基于能量守恒定律与连续性方程建立气压调控腔模型,该数学模型可以准确反映气压调控腔中的压力和质量流量变化情况。然后结合牛顿运动定律建立气缸模型,该数学模型可以精确反映气缸的压力、质量流量、输出力和位置的变化情况。最后针对压力伺服系统、力伺服系统以及位置伺服系统分别建立了综合模型,并进行了仿真分析,得到高速开关阀总开启时间为6 ms,关闭时间为2 ms,与真实开关阀开启和关闭时间基本一致,表明所建立的模型是可行有效的。（2）开展了基于高速开关阀错时调制的压力伺服控制方法研究。从优化高速开关阀调制策略的角度,提出一种错时调制气压调控新技术,优化组合高、低压侧阀的开启及关闭时机,在最小开启间隔之上错开一个微小时间,以求实现高精度的压力调节。同时针对压力伺服控制设计错时调制模块时间规划,最大限度地利用阀的切换调节能力来提高压力调节速度和精度。针对压力伺服控制固有的时滞、非线性问题,研究滑模变结构控制算法,使错时调制能在高性能压力伺服控制系统中有效实施。基于错时调制进行了仿真分析,并试制气压调控腔以搭建压力伺服控制平台,基于Labview编写了压力控制软件。在压力稳态及动态试验中,压力稳态测试误差低于0.18%,阶跃响应测试中1.2%的超调量和0.225 s的调节时间优于传统的基于PWM的PID控制方法。（3）开展了基于高速开关阀错时调制的力伺服控制方法研究。为了进一步提高错时调制技术在气缸力伺服控制中的适用性,解决力伺服系统存在的非线性问题,开展高速开关阀体积流量特性测试与分析,该特性可以准确体现高速开关阀PWM调制占空比、压力差以及体积流量之间的关系。基于该特性改进了错时调制方法中错时时间与同步时间的计算精度,并结合模糊控制器使错时调制方法得以有效的实施。最终在搭建的力伺服控制平台上进行稳态及动态试验,结果表明力稳态误差低于3.51%,阶跃响应测试中仅有1.41%的超调量以及0.304 s的调节时间。（4）开展了基于高速开关阀错时调制的位置伺服控制方法研究。首先针对传统的四开关阀PWM策略和模式切换策略存在的缺陷,提出了智能相位变化PWM位置伺服控制策略,该策略结合了两种旧策略的特点,并使用三个压力条件来划分和归纳所有可能的模式,合理的切换过程保证了控制过程中的压力动态平衡。随后以该策略为基础设计了滑模控制器以及PWM占空比计算的新方法,改善了位置伺服控制的动态响应。接着,针对气动位置伺服研究中的变负载控制问题,提出一种模糊非线性增益方法,并进一步结合错时调制以及智能相位变化PWM位置伺服控制策略改善位置伺服控制精度。通过仿真分析验证了以上方法的可行性,并通过搭建位置伺服控制平台,进行了位置稳态测试和动态测试。试验结果表明错时调制方法控制的稳态位置平均误差为0.77%。在0 m至0.03 m的阶跃响应测试中,错时调制方法控制的位置超调量为0.33%,稳态误差为0.1 mm,调节时间为0.22 s,均优于其他3种方法,变负载测试表明错时调制方法最大可以控制6.25 kg的负载重量。本文提出的伺服控制算法均基于高速开关阀错时调制技术,在压力伺服系统中,通过控制器优化组合高压侧和低压侧开关阀的开启关闭时机,利用充气阀和放气阀的差动流量来实现伺服精细控制;在力伺服系统中,进一步基于高速开关阀体积流量特性改进错时调制方法,并结合模糊控制器改善力伺服控制效果;在位置伺服系统中,提出智能相位变化PWM位置伺服控制策略代替传统的四开关阀PWM策略和模式切换策略,并以此策略为基础结合模糊非线性增益和错时调制方法,大幅度提高了系统的控制精度及变负载控制能力。