超精密机床是国民生产中的关键设备,体现了一个国家的工业发展水平。超精密机床能够加工微米级甚至纳米级的结构,主要应用于光学零件的加工,精密微小零件加工等。超精密机床的装备是一个系统性工程,从研发角度,机床的控制系统关系到加工过程中的响应特性,控制器的补偿能力和电机的驱动特性都会影响工件的表面质量。从维护角度,机床使用过程电气系统的老化以及损耗,造成电气系统特性的改变,PID整定参数很难快速确定。此外温度、负载以及气压的变化会引起机床控制特性的改变,运动轴的控制参数PID也要随之改变,而目前人工整定的方法效率低,导致加工成本的提高。为提高超精密机床控制系统性能,本文针对超精密机床开发了以UMAC作为控制器的数控系统,在实际工况下完成控制硬件的选型、匹配和优化,并完成硬件平台的搭建。利用Visual Studio开发了人机界面,通过调用UMAC控制器中的动态链接库实现软硬件之间的通讯。软件实现了机床的上电通讯、运动状态以及外围I/O的管理。在此基础上,使用UMAC软件对现有结构的动态响应进行调试,对常见问题进行了分析并提出解决方案。针对PID参数整定效率低的问题,首先根据系统辨识的方法进行超精密机床的系统建模。建模过程先根据机械系统的特性选择合适的输入信号,再通过输入激励确定描述系统的数学模型的阶次。其次根据系统的噪声和延迟等特性选择适合超精密机床的辨识算法,利用已知模型对算法进行仿真验证,最后实验获得实际系统的模型,经过模型检验算法验证模型的正确性。在系统辨识过程中还研究了不同频率输入对于系统阶次估计和模型参数的影响,经过实验验证辨识算法的有效性。在获得系统模型的前提下,研究UMAC各伺服环节对于系统的影响,并通过外部算法模拟UMAC的运算过程。结合系统模型和模拟UMAC算法实现控制系统的仿真。在此基础上通过迭代搜索法和修正后的Z-N法实现PID参数整定。最后开发了PID整定软件模块,实现系统辨识与PID整定的一体化,使得参数整定更具针对性,从而提高了参数整定的效率。