从上世纪五六十年代开始,随着光电技术在民用以及国防科研等诸多方面的不断发展,传统功能单一的简单光学元件已跟不上生产生活需要,此时功能丰富的复杂光学曲面元件逐渐出现,慢刀伺服系统（Slow Tool Servo,STS）是复杂光学曲面元件的高效加工平台,它利用坚固的金刚石刀具来精密加工光学元件,其具有大行程、高加工精度、操作方便等优点。为了提升慢刀伺服系统的加工精度,本文以慢刀伺服系统加工刀具所在的进给Z轴为研究对象,研究提升进给Z轴跟踪精度,以及抑制扰动的控制方法。具体研究内容而下:首先,通过搜集并查看慢刀伺服系统国内外研究现状及相关的资料,对慢刀伺服系统的加工机床结构以及原理有了较为深刻的认识,将永磁同步直线电机进行分类,选用无铁心永磁同步直线电机作为系统进给Z轴驱动装置,选用表贴式永磁同步电机作为旋转C轴驱动装置,分析选用该电机的优势,并建立电机数学模型以及摩擦力模型。其次,进行控制器设计。慢刀伺服系统在加工过程中要求系统不仅能够对周期性输入指令有良好的跟踪精度,还要求系统对加工过程中存在的周期性干扰以及非周期性干扰有较好的抑制能力,针对以上问题,设计改进重复控制,在精确跟踪输入信号的同时抑制周期性干扰,为抑制非周期性负载扰动,将其与终端滑模控制相结合,并引入分数阶微积分算子,削弱滑模抖振,增加系统可调性的同时提升系统跟踪精度,最后在MATLAB/Simulink中对所设计的控制算法进行仿真,与传统终端滑模重复控制进行对比,验证该方法优越性。最后,慢刀伺服系统属于精密加工系统,任何微小的误差都可导致加工零件不符合规范,负载扰动对加工精度有很大影响,现设计基于三阶扩张状态观测器的分数阶终端滑模重复控制,将系统建模误差等未知扰动以及负载扰动进行实时观测并补偿,并对三阶扩张状态观测器进行了稳定性证明,最后在MATLAB/Simulink中对所设计的控制算法进行仿真验证,将分数阶终端滑模重复控制作为对比,证明所设计的控制算法有着更优异的控制效果。