快速刀具伺服(Fast Tool Servo,简称FTS)在复杂曲面超精密切削创成、以及误差校正车削中有着日益增加的研究兴趣,在学术界和工程界越来越受到关注由于超精密车床主轴不可避免的回转不平稳性、以及切削力的扰动等不确定性,这使得提高FTS的鲁棒性成为当前亟待研究和解决的问题之一。针对作者所在实验室研制的基于音圈电机驱动的FTS,本文分析并建立了FTS的物理模型,讨论了模型参数的辨识。针对超精密车床主轴不可避免的回转不平稳性、以及切削力的扰动等不确定性,对现有的自适应前馈抵消(Adaptive Feedforward Cancellation,简称AFC)控制算法进行了改进。运用内模控制(Internal model control,简称IMC)设计AFC系统的内环,通过调整IMC的参数,以提高AFC系统的鲁棒性,调节系统的带宽。结合AFC控制器以及IMC的特点,可以设计更多的共振器用于跟踪刀具轨迹和抵抗干扰,提高整个控制系统的性能。在获得FTS模型参数的基础上,对整个AFC控制系统的性能进行了分析和仿真。研究结果表明,本文所提出的改进AFC算法,其鲁棒性有很大的改善,并且提高了系统的精度。为了提高AFC的轨迹跟踪控制精度以及抵抗干扰的能力,根据AFC的控制特点,AFC控制器需要由尽可能多的相关频率的共振器组成。AFC控制系统的内环带宽限制了共振器的数量。IMC可以实现无超调,高带宽的控制性能。由于AFC控制系统对内环控制的精度要求不高,因此可以在允许的范围内通过牺牲内环控制的稳态性能用来提高其鲁棒性,加大内环带宽。在共振频率上,频率响应的幅值和相位为零,但是在其它的频率上,频率响应并不理想。在实际加工过程当中,主轴转速存在不稳定性,以内环系统的逆设计前馈控制器,在一定频率变化范围内保证加工精密。本文的控制对象是音圈电机驱动的、以柔性铰链作为导向机构的快速伺服系统(FTS)。针对这种机构,建立了电压平衡方程和动力平衡方程,经过拉氏变换,推导出被控对象的解析表达式。搭建了系统辨识实验平台,用信号发生器分别产生矩形波以及正弦波,作为系统的激励信号,用PMAC控制器采集输入输出信号,经过MATLAB系统辨识模块的辨识,得出并验证了被控制对象的模型。根据被控制对象的模型,分别运用IMC, PID以及超前滞后设计内环系统,对比分析了三者的性能特点,得出了用IMC设计AFC控制系统的优越性。设计了以主轴旋转频率为基频的10个并联共振器,确定了相应的参数。在此基础上,设计了前馈控制器,改善了系统在共振器共振频率以外频率上的控制性能。本文通过对AFC控制系统的研究,通过运用IMC代替传统的PID和超前滞后控制,加大了控制系统的带宽,提高了系统的鲁棒性,改进了AFC控制系统,使AFC控制系统能够更多跟踪控制金刚石车削刀具轨迹的谐波分量,提高了AFC控制系统的跟踪控制性能。