液压挖掘机作为一种广泛应用的建筑机械，它的工作性能、时间效率、疲劳寿命都会对整个施工进度带来很严重的影响。挖掘机的工作装置作为挖掘机完成动作的直接实施者，它结构的可靠性、耐久性直接关系到挖掘机的工作性能，因此对液压挖掘机的工作装置进行动力学分析就显得尤为必要。另外在挖掘的过程中，人工操作挖掘机很难控制挖掘精度，而且，一些挖掘环境相当恶劣，并不适合人工作业，所以研究挖掘机按给定轨迹自动挖掘的功能就显得十分必要，故而要对挖掘机工作装置进行控制系统分析。本文主要对挖掘机工作装置做动力学分析和相应的控制系统做必要的研究。本文首先对液压挖掘机工作装置采用多体动力学中的Kane-Huston方法进行了动力学建模，得到液压挖掘机工作装置的动力学普遍方程；采用Pro/E和ADAMS软件完成液压挖掘机虚拟样机模型的建立，并添加必要的约束和外力系，模拟在真实环境下液压挖掘机的工作状态，用虚拟样机技术与ADAMS动力学分析软件对挖掘机进行了动力学仿真，得到在实际工作过程中，挖掘机动臂、斗杆和铲斗之间的速度、加速度和各铰销点处力的关系，为后续挖掘机结构的有限元分析奠定了基础；并分别对动力学普遍方程与虚拟样机模型进行了相关逆问题的求解，得到动臂、斗杆的转角变化曲线，二者相互对比，验证了彼此模型建立的正确性。其次，液压挖掘机的控制系统分析分别采用联合仿真分析研究与理论仿真分析研究，联合仿真是采用动力学仿真软件ADAMS与控制系统分析软件MATLAB/Simulink有机地连接起来，实现机电一体化联合仿真，在此过程中，实现了二者之间的数据交换，使得在ADAMS进行动力学分析得到的数据传到MATLAB/Simulink中，在MATLAB/Simulink里建立的PID控制系统对其进行控制，最终得到液压挖掘机虚拟样机铲斗斗尖轨迹，并将其与理论给定轨迹，未加PID控制得到的轨迹分别比较，可知PID控制极大地加强了对挖掘机铲斗斗尖轨迹的控制，对以后的挖掘机控制系统研究具有指导意义；理论仿真是通过计算控制系统各环节的传递函数，尤其是动臂、斗杆工作装置的传递函数，在MATLAB/Simulink里建立PID控制系统框图，进行控制仿真分析的，最终得到在添加PID控制算法下动臂、斗杆系统的阶跃曲线与正弦信号跟随曲线，并与未加PID控制的结果进行比较，而且对关于挖掘机工作装置的传递函数计算时，考虑动力学与不考虑动力学两种情况进行了对比研究，得出考虑工作装置动力学对挖掘机控制系统的必要性。最后进行挖掘机工装轨迹控制系统实验台的搭建以及实验研究，针对三种载荷情况，即空载、轻载、重载，进行了实际挖掘机电液比例阀性能实验与PID控制实验，检测了动臂、斗杆电液比例阀的工作特性，明确了各电液比例阀的工作区间；同时通过“PID控制”实验验证了PID控制算法的实用性，实现了按照给定水平直线的挖掘运动，得到了最优轨迹曲线与控制参数。