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第一章　超精密车床进给系统建模及经典控制1.1　超精密车床控制技术研究的概述1

1.2　KD250型试验超精密车床简介3

1.2.1　机床的结构特点3

1.2.2　机床的伺服控制位置检测4

1.2.3　试验超精密机床的控制特性实验7

1.3　超精密车床进给系统建模与辨识16

1.3.1　电气传动部分的建模18

1.3.2　机械传动部分的建模20

1.3.3　系统的传递函数21

1.4　超精密车床进给系统频域特性测试22

1.4.1 系统频率响应测试的实施23

1.4.2　超精密车床进给系统模型参数频域辨识27

1.5　超精密车床进给系统模型参数时域辨识29

1.5.1　时域模型表示29

1.5.2　测试信号的产生29

1.5.3　系统模型参数的MLS辨识30

1.6　超精密车床进给系统模型的频域分析32

1.7　系统模型的转换和处理36

1.7.1　连续和离散传递函数的相互转换36

1.7.2　高阶传递函数的简化处理38

1.8　超精密车床进给经典控制策略41

1.8.1　基于模型的PID调节器参数整定42

1.8.2　基于过程特征参数的PID调节器参数整定46

1.8.3　速度／加速度前馈控制器设计50

1.8.4　伪微分反馈控制器设计53

1.8.5　变增益PID“＋”速度前馈控制器设计55

1.9　控制参数的优化63

1.9.1　综合性能指标63

1.9.2　优化算法和波形64

1.9.3　控制参数的优化68

参考文献71

第二章　超精密机床的数控系统的设计与研究2.1　数控系统硬件和运动控制器技术的综述73

2.1.1　运动控制器技术73

2.1.2　运动控制器在超精密机床CNC系统中的应用80

2.2　超精密车床数控内核和特殊插补软件的研究84

2.3　KDMC系列运动控制器设计88

2.3.1　运动控制器的基本功能原理与结构90

2.3.2　运动控制器的软件设计96

2.3.3　上位机软件的设计105

2.4　PMAC多轴运动控制器及应用107

2.4.1　PMAG的功能与特点108

2.4.2　基于COM标准系统管理软件的开发112

2.4.3　PMAC实时软件118

2.5　超精密数控系统在线圆弧插补算法126

2.5.1　两维空间曲线在线圆弧插补算法与误差分析126

2.5.2　轮廓加工的刀具半径补偿131

2.5.3　超精密数控系统中双圆弧伸缩步长插补算法132

2.5.4　列表曲线的三次B样条拟合处理136

2.6　复杂曲线或曲面的双圆弧逼近141

2.6.1　双圆弧逼近复杂曲线的基本理论141

2.6.2　双圆弧逼近任意函数曲线的程序段数目计算145

2.6.3　双圆弧逼近复杂曲线示例146

2.6.4　Spiral曲线的双圆弧逼近147

2.6.5　Spiral曲线的单边圆弧逼近及误差计算151

2.6.6　Spiral曲线的近似最优双圆弧逼近153

2.6.7　Spiral曲线近似最优双圆弧逼近示例155

参考文献157

第三章　超精密加工的多轴耦合与解耦控制策略3.1　轮廓误差及其来源163

3.2　伺服系统动态特性对轮廓加工精度的影响分析165

3.3　轮廓误差交叉耦合控制（Cross-Coupling Control-CCC）168

3.3.1 轮廓误差模型170

3.3.2　CCC控制器的实现171

3.3.3　机床耦合轮廓控制器性能分析173

3.4　同步控制178

3.5　细插补运动控制180

3.6　轮廓误差控制仿真结果184

参考文献185

第四章　基于QFT的超精密轨迹跟踪控制器的设计185

4.1　超精密机床进给机构控制要求及QFT控制方法特点187

4.2　QFT控制方法设计原理189

4.2.1　线性系统跟踪问题的QFT控制器设计原理189

4.2.2　QFT方法在采样控制系统中的应用196

4.2.3　基于QFT的非线性时不变系统的控制器设计198

4.3　超精密机床进给系统QFT控制器的设计200

4.3.1　控制系统结构200

4.3.2　确定系统不确定性202

4.3.3　确定控制系统设计指标202

4.3.4　控制器G的设计204

4.3.5　前置滤波器F的设计207

4.3.6　稳定性分析207

4.3.7　控制系统分析208

4.4　基于QFT的复合控制策略211

4.4.1　前馈控制器211

4.4.2　带复位功能的积分控制器213

4.4.3　QFT控制试验216

4.5　关于QFT控制器设计的讨论218

参考文献219

第五章　超精密机床伺服进给系统的摩擦控制5.1　超精密机床伺服进给系统stick/slip摩擦的仿真模型222

5.1.1　超精密机床伺服进给系统stick/slip摩擦产生的机理222

5.1.2　超精密机床伺服进给系统stick/slip摩擦运动仿真模型227

5.2　超精密机床伺服进给系统stick/slip摩擦运动特性分析231

5.2.1　模型的有效性分析231

5.2.2　模型动力学分析232

5.3　超精密机床伺服进给系统摩擦非线性对机床性能的影响236

5.3.1　超精密机床伺服进给系统的结构237

5.3.2　Stick/Slip摩擦非线性对机床位置精度的影响237

5.3.3　Stick/Slip摩擦非线性对机床跟踪特性的影响239

5.3.4　超精密CNC机床轮廓精度测试240

5.4　基于神经网络的超精密机床伺服进给系统非线性模型243

5.4.1　神经网络学习算法243

5.4.2　超精密机床伺服进给系统前馈神经网络训练245

5.5　超精密机床伺服进给系统摩擦控制技术研究250

5.5.1　摩擦控制与补偿的基本思想和方法250

5.5.2　模糊滑模智能控制253

参考文献266

第六章　压电陶瓷驱动微进给伺服控制系统270

6.1　微进给伺服刀架实现方法概述270

6.2　压电陶瓷驱动微进给伺服刀具控制系统设计273

6.2.1　压电陶瓷微位移器的工作原理273

6.2.2　柔性铰链结构275

6.2.3　直流高压驱动电源设计278

6.2.4　其他直流高压驱动电源简介281

6.3　微动伺服系统的实验研究284

6.3.1　微进给系统性能测试284

6.3.3　微动装置闭环特性测试研究287

6.4　两坐标双重伺服轮廓误差补偿实验研究290

6.4.1　超精密车削加工机床的双重伺服控制系统290

6.4.2　双重伺服控制理论的数学论证295

6.4.3　两坐标双重伺服轮廓误差补偿实验研究298

6.5　压电陶瓷磁滞非线性分析及建模303

6.5.1　概述303

6.5.2　Preisach—Krasnoselkii模型304

6.5.3　压电陶瓷建模的实验研究311

6.6　压电陶瓷微进给执行器典型控制方法319

6.6.1　线性化动态模型与控制319

6.6.2　非线性动态数据系统（NLDDS）建模与控制325

6.6.3　超精密加工中压电陶瓷刀具位置的自学习控制332

参考文献341

第七章　直线电机伺服刀架及机床溜板伺服系统7.1　直线电机驱动概述346

7.1.1　直线电机直接驱动的特点346

7.1.2　直线电机的类型348

7.2　高频响、大刚度音圈电机及伺服刀架354

7.2.1　音圈电机伺服刀架结构及动力学模型355

7.2.2　伺服刀架的半闭环控制359

7.2.3　伺服刀架闭环控制的传统设计364

7.3　高频响、大刚度伺服刀架的H∞控制研究369

7.3.1　H∞控制概述369

7.3.2　非圆车削系统模型特点375

7.3.3　高频响伺服刀架的H∞控制器研究381

7.3.4　基于内模原理的H∞重复控制器392

7.4　直线电机机床溜板伺服系统397

7.4.1　超精密加工中的慢速刀具伺服系统397

7.4.2　永磁直线同步电机实验平台简介402

7.4.3　永磁直线同步电机建模404

7.4.4　永磁直线同步电机控制实验409

参考文献422