为解决传统方法存在的高速开关阀动态特性获取困难及实用物理意义不明确等问题，提出了以控制腔压力转折点为标志，以开关压力传递延迟时间与充放气过程压力建立时间来描述高速开关阀的动态压力特性．基于高速开关阀的电磁、机械、气体传动3个组成模块建立了数学模型，通过Matlab仿真对阀控压力腔容积大小、阀芯横截面积等影响高速开关阀动态压力特性的因素进行了分析，并研制了一高速开关阀动态压力性能测试平台以验证数学模型的正确性．试验与仿真结果吻合，表明所建立的模型和测试系统是有效的．当管路长径比为10-15时，阀控腔动态压力特性可以较好地反映阀芯开启与关闭延迟时间．

建立了PWM高速开关阀控制的气动人工肌肉单关节的4阶SISO动态数学模型,针对实现轨迹跟踪目标,采用输入输出线性化方法得到相对阶数为3的等价系统,该等价系统零动态渐近稳定。由于系统具有参数不确定性和未建模动态特性,采用了带积分的滑模变结构控制。实验结果表明,采用基于等效降阶模型的鲁棒控制,当模型存在误差时,能在关节的整个运动范围内实现较高精度的轨迹跟踪,且对气源压力和负载变化等外加干扰具有良好的鲁棒性。

回顾了气动人工肌肉的发展历史总结了国内外主要研究机构的研究近况概述了在基本特性及建模、结构优化和控制策略等方面的研究工作。研究结果表明：气动人工肌肉可以从等效做功、弹性力学等多种角度建模通过多种结构优化改进了其性能针对气动人工肌肉系统的不同特性采取相应的控制策略如鲁棒设计、自适应控制、智能控制等。从目前的发展趋势来看气动人工肌肉的工作机理分析和高精度控制短期内难以突破相对而言新型结构设计及应用将得到迅速发展可以预见在仿生、理疗、虚拟现实等诸多领域有着广阔的应用前景。