液压挖掘机作为基建的核心力量,广泛应用于各类施工领域,正成为不可或缺的重要角色。受作业环境、劳动强度和技术发展等的影响,高水平驾驶操作人员正逐渐短缺,而为满足日益完备的作业需求,其工作装置的智能控制已然成为未来研究的重点内容。挖掘机系统涉及机、电、液等多个学科,工作装置的作业端轨迹规划和轨迹控制作为其机器人化发展进程中最为重要的基础工作,对实现以较高精度自主完成施工任务具有一定的参考意义。本文研究过程中,首先根据机器人学理论利用D-H参数法,建立了四自由度工作装置的连杆坐标系,进一步推导了其正、逆运动过程和空间相互映射关系,并对其运动范围进行了分析。通过电液控制系统中主要液压元件的动态数学方程和液压回路的功能特点,分析了其工作特性。此外,根据控制需求,以电磁比例阀改造并代替实现原系统的部分功能。在MATLAB/Simulink的Simscape扩展物理仿真环境中导入某中型挖掘机SolidWorks实车模型,建立Multibody三维机械系统、Fluids液压驱动系统等。并且,基于建立的多物理域模型进行了基本特性的仿真和分析,结果表明各部分均满足设计需求。然后,利用MATLAB/Robotic Toolbox建立的简化连杆模型,并结合运动范围分析和典型作业特点,设计了相应的运动路径。在笛卡尔空间和关节空间分别进行了平整和挖沟作业的点到点轨迹规划。为满足挖掘动作的连续性,在关节空间针对各路段进行了基于不同阶次多项式组合的规划,结果表明3次多项式与4次多项式置于两端路段的方式具有较好的规划效果。为进一步优化挖掘轨迹,改用特性更好的B样条曲线取得了较好的提升效果。同时为考虑实际作业需求,以“时间—脉动冲击”为目标,对多项式组合规划方法进行了基于PSO算法的优化,结果表明其运动特性得到了较大的改善。最后,基于径向基神经网络（RBFNN）和增量式PID算法设计了用于轨迹跟踪的RBFNN-PID控制器。为克服系统特性带来的干扰和提升控制性能,在梯度下降优化的基础上,制定动态学习率并引入动量因数改进神经网络部分,以LM算法整定PID参数。设计工作装置动作信号源,以动臂为例进行仿真,结果表明LM-RBFNN-PID的响应和精度更好。通过综合多域模型和轨迹控制策略对上述作业规划进行仿真分析,验证了规划和控制方法的可行性。