传统的非自动化液压挖掘机的存在多方面的客观限制，一是要求驾驶员有较高的操作水平；另一方面，挖掘机往往工作在恶劣的工程环境中。随着机电一体化技术的引入发展以及提高挖掘机的工作效率、节约能源的需要，液压挖掘机的自动化半自动化控制的研究不但具备技术基础，同时也是工程机械发展的趋势。挖掘机工作装置作业运动轨迹控制是液压挖掘机自动化控制研究的重点方向，本文基于柳工20吨级液压挖掘机的机型数据，对其液压控制系统进行改装，加装微机控制器，步进电机控制阀，转角传感器等，提出斗杆挖掘的作业方式，同时微机控制动臂和铲斗的电控阀，操纵工装按预定的轨迹挖掘，通过仿真验证方法的可行性以及控制精度与效果，本文主要的研究内容概括如下：一、查阅文献，综述国内外挖掘机作业运动轨迹控制的方法，策略，软硬件的选取，并分析论述各种方案的优缺点，以及参考价值。二、根据挖掘机工作装置的结构，运用D-H法以及几何法对挖掘机工作装置进行运动学分析，得到齿尖空间位姿与结构关节转角变量的相互数学转换关系即运动学的正求解与逆求解；并且运用几何法建立驱动机构空间即油缸行程与关节转角的数学转换关系，运用MATLAB编制程序，得到可视化的关系转换。三、简述液压系统的控制策略，通过检测得到的斗杆的实际转角，以及设定的目标轨迹与切削约束，计算得到动臂与铲斗的理想值，与相应实测值的偏差作为控制输入，对于相对独立的动臂和铲斗控制子系统，运用独立的PID控制器，对PID控制原理论述的同时，详解通过斗杆转角计算动臂，铲斗理想转角值的方法过程。四、针对控制系统中各元件的特性以及仿真控制的需要，进行数学建模，并进行简化处理，得到合适的控制模型，并运用MATLAB/SIMULINK搭建控制仿真模型，进行系统控制仿真，验证方法的可行性以及控制效果，针对一般直线挖掘，仿真的结果是齿尖偏离目标轨迹的最大偏差在60mm，铲斗切削角偏差最大为0.5°，控制精度较高，验证了方法的可行性。