精密自动定位技术是现代精密制造业领域里的一项基础性支撑技术,在许多高科技产业里有着广泛的应用需求,是国际科技界重点研究的一项高新技术。国外对精密定位的研究起步早起点高,已开发出部分技术成熟的精密定位装置在工业生产中广泛应用；相比之下国内在精密定位技术领域里,相关基础理论和应用基础研究还不够充分,特别是对工程应用中常遇到的x-y-θ平面精密定位技术的研究还远远滞后于日益发展的工业生产自动化的需要。据此本论文的研究工作围绕着精密位置检测基本原理、精密直线定位和平面精密角度定位技术、精密快速定位控制技术这几方面展开,并结合具体的精密定位技术的研究和开发做了系统的理论探讨和大量的仿真实验研究,具体内容包括以下几部分:　　 1.根据波动光学和傅立叶光学基本原理,运用数学物理方程的方法建立了光栅之间相对平移时,莫尔光强信号与位移关系的数学模型,运用数值方法仿真了两光栅在相对移动过程中,光强信号随位移的变化规律,得到了二维光场的衍射分布,在此基础上还进一步研究了在两光栅间隙连续改变的情况下三维光场的分布情况,探讨了精密定位的理论依据和基本定位规律。　　 2.研究了平面定位中的精密直线定位的两种基本定位方法:差动莫尔定位法和修正莫尔定位法。对这两种方法从理论到实验做了比较,差动法抗干扰能力强,适用于高精度定位。论文针对差动法,介绍了水平和垂直两个方向进行精密直线定位的基本控制规则,并从双光栅计量基本数学模型出发,从理论上分析了两光栅之间倾斜角、两光栅面之间平行度、两光栅之间间隙、光栅常数的不同、激光束入射角的不同、光斑直径的大小对定位准确性和定位精度的影响规律,得出了实现精密定位所必须遵循的参数设置规律及准则。　　 3.研究了长直光栅在旋转情况下莫尔信号的变化规律,得到了反映角位移莫尔信号变化的周期公式。在一个角位移周期内,分析了如何用两组差动莫尔信号表示两个平面之间各种可能的角度位置关系,确定了动平面相对于定平面倾斜方向的判定依据,确定了角度偏差消除的判据,在此基础上摸索出平面精密角度定位的基本控制规则。　　 4.为了在保证定位精度的前提下提高直线定位速度,在前面直线定位研究的基础上,探讨了精密直线定位控制问题。针对直线定位过程中差动莫尔信号的变化特点,提出了两种定位控制思路:模式分类控制和智能预测控制。模式分类控制是利用差动莫尔信号在相平面中的疏密分布特性,将采样点集在相平面中分成八大区域,分别运用BP神经网络和RBF神经网络做模式分类器,将精密定位控制问题转换为实时采样点在相平面中的归类问题,使在模式分类器基础上制定控制规则显得简单灵活；为了进一步发挥智能控制的优势,利用RBF神经网络建立受控对象单步预测模型,在此基础上实现变步长多步递推预测控制,从当前实际位置出发,多步递推预测未来位置变化,为当前高速定位控制提供操作指导,并根据定位实际情况灵活调整定位速度,解决了高速与高精度定位之间的矛盾。　　 5.在平面定位中精密角度定位是整个平面定位的关键,只有在角度偏差消除的情况下x和y方向的直线定位精度才有保证,如何在保证定位精度的前提下提高角度定位速度缩短角度定位时间,是工程中必须解决的问题。论文中利用两组差动莫尔信号曲线合成李萨如图形,在李萨如图形上找到角度偏差变化曲线,并基于这样一条曲线建立单步预测模型,借鉴前面直线定位预测控制思路,在单步预测模型的基础上多步递推预测未来角度偏差变化,为当前角度定位控制量的选择提供决策依据,灵活调整角度定位速度,在保证定位精度的前提下缩短角度定位所需时间,进而减少了整个平面定位所需的时间。　　 论文的最后介绍了光栅式定位的理论与技术在一个国家重点工程项目中的应用,以形成从基础理论研究、数值仿真研究、实验验证到应用研究的完整体系。