电动执行器具有结构简单,定位精度高,抗干扰能力强等优点,当负载质量较大时,电动执行器的电机功率需要很大,意味着该电动执行器定位动作时需要持续的供电,极大的耗费电能。气缸具有结构安装简单,性价比高。作为气动系统的执行器,气动力的输出较大。但是气缸作为气动位置伺服系统的执行器,由于气缸摩擦力等非线性因素的影响,导致气动位置伺服系统的定位精度不高。为解决气动伺服系统的定位精度不高的问题,大功率电动执行器耗费电能的问题,本文研制一种新型电-气复合执行器。电-气复合执行器将气缸活塞杆和小功率电动执行器的输出端刚性连接在一起。在垂直工况下,通过气缸的力的输出平衡负载的重力,当电动执行器承受的压力在电动执行器承载范围内,电动执行器带动气缸的活塞杆和负载运动。复合执行器中,电动执行器提供了位置与速度,气缸提供了力的作用。本文介绍了电动执行器的应用现状以及其相比于气动执行器的优缺点。对气动力平衡系统、气动位置伺服系统以及如何减小气缸摩擦力的研究现状进行了整理综述,同时对负载可变的系统研究现状进行了总结。介绍了电动执行器核心部件直流伺服电机的基础知识,包括结构原理、基本特性等。给出了精确简洁直流伺服电机的数学模型推导。通过直流伺服电机的数学模型,电动执行器传动系统的模型,完成了直流伺服电动执行器模型的搭建,并进行仿真分析,包括直流伺服电动执行器的启动特性、承载特性、抗干扰特性等。设计了负载已知的电-气复合执行器控制器,分别对复合执行器垂直上升、垂直下降、顺序动作等进行仿真分析,通过仿真结果对控制器进行改进,并通过改进的控制器仿真实现了复合执行器垂直上升、垂直下降、顺序动作等动作的定位控制。。在负载已知的电-气复合执行器控制器的基础上,继续研究了负载未知的电-气复合执行器的。运用设计的控制器,对负载质量不确定的电-气复合执行器进行了仿真研究,包括垂直上升、垂直下降、两点动作以及多点动作的定位控制,实现了在负载质量不确定的情况下,气动力平衡了负载的重力,电动执行器带动负载和气缸活塞杆实现定位动作。分别在负载已知和负载未知两种情况下,对复合执行器进行了位置控制实验。通过对仿真设计的控制器的搭建,完成了负载已知和负载两种情况下的定位控制,且复合执行器的定位精度很高。