高性能的快速刀具直线伺服系统是超精密数控机床高速切削加工光学自由曲面的关键技术，这需要直线电机伺服刀具系统在数控加工中对于高频周期性输入信号具有较好的跟踪能力，又要对于负载扰动具有较强的抑制能力。针对这一问题，对高频周期信号下系统的控制策略进行了研究。主要研究内容如下：首先查阅了大量国内外文献对直线伺服系统驱动的高频响快速刀具系统（FTS）的结构特点有了深入了解，在此基础上建立了用于驱动FTS的永磁直线同步电机（PMLSM）的数学模型，分析了对直线伺服FTS造成扰动的多重因素。其次对PMLSM驱动的FTS中存在电机本身波纹推力扰动、端部效应扰动和加工时的切削力扰动等不确定性扰动的问题，选择设计具有鲁棒性的和自适应性的免疫控制策略，同时针对FTS要求的高频响短行程下周期信号的跟踪精度问题，设计了重复控制器。本文将二者结合，设计出了新型的免疫重复控制方法既结合了免疫系统在大干扰和不确定性环境中都具有很强鲁棒性和自适应性的特点，使伺服系统具有快速响应、设计简单的优点，又结合了重复控制的对于周期信号的高频跟踪的性能。在MATLAB环境下对免疫重复控制的直线伺服FTS进给系统进行了仿真研究，仿真结果表明：该控制方案可使直线伺服FTS对高频正弦信号具有较好的跟踪精度和较强的抗扰动性能，对方波信号而言具有较快的响应速度。第三为进一步提高对直线伺服系统驱动的FTS高频信号跟踪精度、快速性和系统鲁棒性，对系统的模糊自适应滑模控制进行了研究。首先采用滑模控制进行跟踪控制，其次采用了自适应模糊控制方法对传统滑模控制器中的不连续控制量进行模糊逼近，同时利用自适应性对实际运行中的系统的不确定性进行补偿并设计了相应的自适应算法，以补偿控制量模糊控制律的不足，从而有效降低抖振。仿真结果表明，本文采用的算法可以解决伺服系统的高频跟踪问题，具有较快的响应速度，对负载扰动有较强的鲁棒性。