气压传动系统是船舶航行的重要动力系统,因其组成简单,操作维修方便以及清洁无污染、适用于远距离输送和集中供气得到广泛应用。目前生产压缩空气耗电占全国总发电量的10%左右,占船舶发电机总发电量功率的6%左右。但是,船舶气动系统的效率不到20%,存在很大节能潜力。本文综合理论建模、非线性动态优化、多位多通数字阀研制等关键技术,实现进排气口独立控制式桥式回路的高效节能,最终为船舶气动系统节能提供新的解决方案,主要研究内容如下:（1）基于理想气体状态方程和系统动力学理论,构建以气缸为执行元件的桥式气动回路系统数学模型,并通过基于模型的仿真结果与实验结果对比分析,验证了系统数学模型的准确性,能够客观表达实际系统中各状态变量的变化情况。（2）以压缩空气能量守恒及焓变为理论基础,分析负载口独立控制的气动系统能量转换及对外做功关系,研究针对点到点水平运动气缸工作行程中,利用压缩空气膨胀能做功的节能方法,实现了通过定时进排气及定量进气两种方法减少系统耗气。通过理论分析及实验验证,两种方法可分别实现节约耗气58%和77%。（3）针对定时进排气与定量进排气方法中缺少对系统动力学参数约束的问题,研究基于非线性动态优化理论的负载口独立控制节能方法。本方法以系统耗气量为优化目标,气动系统动力学参数为约束条件,构建基于过程的系统动态优化模型。通过联合约束松弛思想、4级Lobatto正交配置法和改进的内点法进行数值计算,获得满足优化条件的负载口最优控制策略,实现压缩空气高效利用。相比传统气动系统,节约系统耗气77%。（4）为提高负载口独立控制的响应速度和准确性,简化系统结构,开发了阀芯旋转式多位多通方向控制阀。该多位多通方向控制阀集成非线性动态优化算法,具有响应速度快、流量比例控制等优势,可根据优化结果独立实现桥式气动回路节能进排气控制需求,较由四个开关阀组成的桥式气动回路,其换向频率由原系统20 Hz提升到600 Hz,相比传统气动系统,节约系统耗气可达80%。（5）根据船舶压缩空气系统对多回路方向控制的需求,实现了阀芯旋转式多位多通方向控制阀在船舶发动机压缩空气分配功能上的应用,以及实现吸附式压缩空气干燥器回路控制的方法。所研究的多位多通方向控制阀具有结构简单、控制通道数量多、控制灵活等优点,将在船舶与海洋工程领域未来自动化、智能化发展中发挥更大作用。