光学自由曲面不仅能改善光学系统成像质量,而且能简化光学系统结构,为光学设计带来很大便利。但是光学自由曲面通常具有非回转对称面形的表面结构,这使得采用传统车削方式加工自由曲面时,刀具的运动路径中必须加入更复杂且高频运动形式,给光学自由曲面的超精密加工带来了很大难度。快速伺服刀具由于频率响应快速,运动灵活,可以用来加工大部分面形的光学自由曲面并且获得较高的加工质量。研制频率响应更高、行程更大且出力能力更好的快刀可以提升加工复杂自由曲面的能力,并获得表面质量更加良好的加工效果。本论文针对麦克斯韦快刀结构设计了闭环控制系统以提升快刀性能,主要工作如下:1.在分析加工需求的基础上设计FPGA+DSP核心控制结构,由FPGA完成底层外设的控制与数据读写,DSP负责进行控制算法以及其他数据运算。完成外部接口中数据采集模块和机床坐标读取模块的设计和调试工作。最终设计的硬件控制系统具有5nm的位移分辨能力并至少具有3KHz的闭环设计带宽。2.在麦克斯韦快刀系统辨识的基础上设计了自抗扰控制算法的结构。使用Simulink模块进行了仿真,并采用基于经验公式以及Matlab辅助的参数整定方法。仿真结果表明控制算法可以将系统调节时间由46.0ms缩短到3.1ms。3.基于自主搭建的精密位移测量平台,调试麦克斯韦快刀闭环控制系统,并完成性能测试。测试结果表明快刀闭环系统具有5nm位移分辨能力以及4KHz的闭环带宽,并通过正弦曲面仿真加工实验验证了麦克斯韦快刀的加工能力。