超精密加工零件(如光学自由曲面、微结构功能表面零件等)因特殊的优质性能,在先进工业制造、航空航天、天文观测等高科技领域有着广泛的应用需求,而基于快速刀具伺服系统(FTS)的金刚石车削加工技术因其精密、高效、低成本的加工特点,成为加工超精密零件的较有潜力技术。FTS技术应用的关键是设计出具有高频响、高精度以及良好信号跟踪性能的系统。从FTS系统的设计分析出发,研究影响FTS系统性能的关键因素和优化系统设计的方法。通过对比分析,本文以无铁心永磁直线同步电机(ILPMLSM)作为FTS系统的执行机构,进行高频响给定信号下的控制策略研究。主要研究工作如下:首先,通过查阅大量国内外有关FTS的文献,掌握FTS的国内外研究、发展现状,了解FTS的驱动方式和控制算法。在此基础上,构建FTS的执行机构ILPMLSM的数学模型。其次,分析FTS系统在实际加工中存在的参数变化、摩擦力扰动、切削力扰动等不确定性扰动,在此基础上,采用定量反馈理论(QFT)设计鲁棒控制器,提高系统的鲁棒性。同时,本文采用H_∞控制方法来代替QFT设计中繁琐的作图求解方法,使设计过程简单化。在理论设计基础上,通过Matlab/Simulink对所设计的控制系统进行建模与仿真,分析结果表明,该控制策略有效的抑制了不确定性扰动对FTS系统性能的影响,提高了系统的鲁棒性。最后,为实现FTS系统对鲁棒性能和跟踪性能的双重高要求,本文将QFT/H_∞分别与零相位误差跟踪控制器(ZPETC)、零振幅误差跟踪控制器(ZMETC)相结合设计鲁棒跟踪控制器,同时加入干扰观测器(DOB),以进一步补偿外部扰动对系统的影响,提高系统鲁棒性。在理论设计的基础上,通过Matlab/Simulink对所设计的控制系统进行建模与仿真,并将两种控制策略的仿真结果进行比较。结果表明,所设计的FTS系统具有优越的跟踪性能与鲁棒性能。