本文主要对三轴气压伺服轨迹跟踪系统进行了研究。　　首先对气压动力系统模型进行了深入研究。对比例流量阀动静态特性进行理论分析和实验了研究，分析了临界压力比和流量系数随阀开口面积变化的规律，测试了比例流量阀的频率特性。在阀开口从小到大过程中，临界压力比不是固定值，而是呈非线性规律变化。临界压力比的值远小于0.528，介于0.38-0.17之间。比例流量阀流量系数在不同阀口面积下不是固定值，而是随阀开口大小呈非线性规律变化。在频率特性中，采用激光测距仪直接测量阀芯位移输出，采用扫频信号激励直接得出阀的频率特性，避免间接辨识方法中，压力测量、气体热力学过程等因素带来的影响。测出了比例流量阀动态特性，阀的带宽随输入信号电压幅值增大而减小，而供气压力的变化对比例流量阀带宽没有影响，阀的动态特性可用二阶振荡环节近似。　　对气缸内气体动态热力学过程进行研究，采用集中参数法，推导出气体温度动态方程和气体压力微分方程，建立了气缸内气体热力学动态过程的数学模型。通过对模型进行了实验和仿真对比验证，本文建立的热力学过程数学模型仿真数据和实验数据能很好吻合，实际气缸内气体的热力学过程介于等温和绝热之间。采用工作点线性化方法推导了系统的线性模型，并分析了气压动力系统的动态特性。　　对典型线性气压伺服控制系统进行了改进。采用微分跟踪器安排过渡过程，有效缓解了快速性和过渡过程稳定性的矛盾。采用非线性误差反馈律替代传统的线性反馈，实现大误差小增益和小增益大误差特性。实验结果显示，这些控制方法的应用，明显提高了气压伺服定位系统的性能，过渡过程平稳光滑无冲击，且系统鲁棒性强，定位精度在±0.05mm以内。　　对气压伺服系统的动态误差系数进行了理论分析，气压伺服闭环系统动态响应滞后造成的跟踪误差主要由于输入信号的速度项产生，且速度动态误差系数大小随输入信号速度的变化而变化。根据气压伺服系统这一特点，设计了变增益速度前馈控制器。变增益速度前馈控制方法能有效地补偿系统闭环的相位滞后，明显提高了轨迹跟踪精度。最后分别对实验台X、Y和Z三个单轴系统进行了实验研究，在单轴轨迹跟踪实验中，X轴在正弦信号下跟踪误差在±0.4mm以内，Y轴在±0.5mm以内，Z轴跟踪误差在±0.1mm以内。　　建立了传统定义的两轴轮廓误差模型。分析了各单轴动静态参数和动态特性对轮廓误差的影响，系统各单轴动静态参数不匹配会增大轮廓误差，轮廓误差还与跟踪速度有关，跟踪速度越大，带来的轮廓误差越大。为了将平面两轴交叉耦合控制推广到三轴系统，建立了基于轮廓误差估计模型的三轴气压伺服系统轮廓误差模型。并根据三轴轮廓误差估计模型，推导出轮廓误差传递函数，将一个多输入系统转化为单输入单输出系统的设计问题。最后，应用定量反馈理论，设计了基于轮廓误差估计模型的三轴气压伺服系统交叉耦合控制器。　　采用本文提出的交叉耦合控制方法，对平面和空间三轴曲线跟踪进行了实验研究。实验数据表明，无论是双轴还是空间三轴曲线，交叉耦合控制都能使实际轨迹平稳光滑的跟踪指令轨迹，轮廓误差比无交叉耦合控制时明显提高。采用交叉耦合控制后，空间曲线轮廓误差精度提高至±0.5mm。