滚珠丝杠是数控机床进给驱动系统的关键功能部件,高性能的滚珠丝杠进给系统运动控制算法是数控机床实现高速高精加工的关键所在。滑模控制以鲁棒性强、响应快速、物理实现简单等优点,在滚珠丝杠进给系统运动控制中得到了广泛的应用。传统滑模控制可以实现较高的跟踪精度但会引起抖振现象,并且外界干扰会影响系统的跟踪精度和稳定性。此外,控制系统的瞬态响应特性还可以得到进一步改善。针对以上问题,本文设计了新型的滑模控制器,解决了传统滑模控制存在的不足,进一步提升了滚珠丝杠进给系统的跟踪性能。论文的主要研究内容如下:(1)介绍了实验系统的组成和工作原理,建立了刚体模型和二自由度柔性体模型以及系统的Stribeck摩擦模型。在此基础上,设计了P-PI串级控制器以及滑模控制器,对控制系统的跟踪性能进行了仿真和实验测试,实验结果表明滑模控制比P-PI串级控制具有更高的跟踪精度,且鲁棒性更强,但控制电压信号中存在抖振现象。(2)针对传统滑模控制中存在的抖振现象,提出了一种改进的变幂次趋近律,证明了滑模函数在趋近滑模面时具备更好的运动品质。针对系统的刚体模型和柔性体模型分别设计了已知干扰上确界和未知干扰上确界的控制器。仿真和实验结果表明基于变幂次趋近律的滑模控制方法能够有效消除抖振及匀速段的稳态误差,提高跟踪精度,且对外部干扰具有强鲁棒性。(3)针对摩擦前馈补偿的局限性,设计了能够精确观测外界扰动的非线性干扰观测器,证明了观测器满足指数收敛条件。对基于变幂次趋近律的滑模控制方法进行了改进,将控制律中的干扰项改为了干扰观测值。仿真和实验结果表明基于干扰观测器的滑模控制方法能够更加精确地补偿掉外部扰动,提高控制系统的抗干扰能力,进一步提高了跟踪精度,同时也消除了控制电压信号中的抖振。(4)结合复合非线性反馈的思想,设计了能够改变闭环控制系统阻尼比的非线性滑模函数,改善了系统的瞬态响应特性,并证明了系统状态变量的跟踪误差在非线性滑模面上渐进收敛。结合变幂次趋近律和干扰观测器,设计了基于非线性滑模函数的滑模控制器,根据极点配置原理求解得到了非线性滑模函数中的待设计矩阵。仿真和实验结果表明基于非线性滑模函数的滑模控制方法能够动态调节系统阻尼比,在保证不产生超调的前提下,提高了系统的快速响应性,使闭环控制系统具有更高的跟踪精度和伺服带宽。