随着信息技术的不断发展,现代加工装备正由数控加工机床向工业加工机器人的方向发展,并在光学系统加工平台的新领域内发挥着越来越显著的作用。在现代光学加工中,随着光学元件的精度与分辨率等参数的要求不断提高,对其加工装备的要求也越来越高。目前,光学系统中的镜面加工装备正朝着高精度、高效率的方向快速发展,现代加工装备在推动技术发展的同时能够带来更大的经济效益,因此对光学系统中的镜面加工装备进行研究具有重大意义。为了提高光学镜面加工装备的加工精度,需要增强其控制性能,同时对其控制策略进行进一步研究。并联机构具有较强的承载能力、较大的工作空间、无累积误差和较高精度等一系列优势,结合串联机构而成的混联机构成为了在满足大型光学镜面加工条件下加工装备整体机构的最佳选择。但是并联机构具有较强的非线性,并且多条驱动支链的存在导致并联机构运动学和动力学关系比较复杂,加大了并联机构的控制难度。本文以五自由度混联机构的大型镜面加工装备为研究对象,主要对其并联机构模块的运动学、动力学和并联机构虚拟样机以及控制策略进行深入研究,主要研究内容如下:1)针对大型镜面加工装备并联模块的逆运动和正运动分析求解问题,首先采用向量余弦方法,建立并联模块和串联模块的空间坐标系,并且根据向量几何关系推导出并联模块的逆运动学解,从而获得驱动支链的位移变化、轴向速度和加速度的运动轨迹;通过Newton-Raphson方法对并联模块进行正运动学求解,通过基于正运动学的仿真分析获得动平台中心点运动轨迹,从而满足控制精度要求;在考虑运动副作用力的情况下,利用牛顿-欧拉法构建镜面加工装备并联模块的动力学模型,得到驱动支链的驱动力变化曲线,结果表明,运动副作用力(即接触力和摩擦力)对驱动支链的驱动力具有重大影响,最后将所得的并联模块的动力学模型转化为便于控制策略研究的显式形式的动力学模型。2)将在三维建模软件Solidworks中已建立的镜面加工装备的实体模型导入至Adams中,并利用Adams的虚拟仿真功能搭建加工装备并联模块机构的运动仿真模型,通过仿真分析验证了运动学和动力学结果与理想计算值的一致性,进一步验证了所建立的运动学和动力学模型的可靠性;利用MATLAB的Simulink工具箱建立基于FCS-MPCC的永磁同步电机伺服系统的仿真模型,并与传统FOC控制进行比较,该伺服控制模型具有响应速度快、抗干扰性强,控制精度高的优点;最后通过Adams与Simulink的联合仿真,进行了加工装备的整个控制系统的仿真实验平台搭建,为后续控制策略的研究做了良好的铺垫。3)从运动学和动力学的角度出发,对镜面加工装备并联模块的控制策略进行研究;在考虑并联机构动力学特性的基础之上,设计出空间多输入、多输出的三种控制器,分别为非线性PD控制器、增广非线性PD控制器和基于非线性PD控制的计算力矩PD控制器,并对其闭环稳定性进行分析,同时构建并联模块控制器的仿真模型。通过仿真结果表明,与传统PD控制器相比,该三种控制器在整个运行过程中具有较强轨迹跟踪性;该三种控制器都能够使加工装备的并联模块平稳运行,其中基于非线性PD控制的计算力矩控制具有较强的跟踪性,并且具有较小的运动轨迹跟踪误差。4)以建立的并联模块的动力学模型为基础,从动力学的角度出发,建立并联模块的控制系统模型,采用同步控制技术,提出了一种新的同步控制方法;首先介绍分数阶微积分PID控制理论;其次根据泰勒公式将加工装备并联模块中的动平台中心点运动轨迹的期望轨迹点进行展开;然后推导出并联模块动平台中心点各自由度的跟踪误差和其运动之间的同步误差;最后通过计算获得并联模块动平台中心点的轨迹跟踪总误差,并且结合分数阶控制技术,构造出基于工作空间的镜面加工装备并联模块控制系统的同步控制策略;通过仿真分析证明了所设计的控制器的可靠性和更好的轨迹跟踪性能。