作为数控装备的核心功能部件,滚珠丝杠进给系统主要用于主轴或工作台的进给和定位,直接决定着数控装备的精度保持性能与加工质量。进给运动过程中,滚珠丝杠进给系统的动力学行为呈现明显的刚柔耦合与时变性,非线性干扰会不可避免地将其激发,进而影响滚珠丝杠进给系统在整个进给行程上的跟踪与定位精度。一方面,传统的PID控制策略无法弥补时变动态特性所带来的负面影响;另一方面,增益调度(GS)控制策略可以保证被控对象在时变过程中的运行性能,而且这种控制策略已在飞控系统上得以研究和应用。综上所述,本文研究了滚珠丝杠进给系统的动力学建模与分析方法和时变刚柔耦合传递函数辨识技术,并针对时变动态特性研究了GS控制策略在滚珠丝杠进给系统上的应用,保证了滚珠丝杠进给系统在整个进给行程上跟踪与定位精度的一致性。为了预测滚珠丝杠驱动的进给台动力学特性,提出了一种滚珠丝杠进给系统的刚体动力学建模方法。首先将滚珠丝杠进给系统简化为质量-弹簧系统,基于Hertz接触理论计算得到了导轨滑块副四条滚道的滚动结合面接触刚度,采用拉格朗日方法建立了滚珠丝杠进给系统的刚体动力学模型。采用锤击激励法对滚珠丝杠进给系统实验台进行了模态实验,验证了动力学模型的准确性。基于建立的动力学模型分析了导轨滑块结构参数对进给台动力学特性的影响规律,分析结果对滚珠丝杠进给系统的动态优化设计和传递函数建模具有一定的参考价值。为了分析滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合振动特性,提出了一种混合动力学建模方法。将丝杠本体等效为Timoshenko梁,将电机转子、主轴和进给台简化为集中质量,将联轴器、轴承、丝杠螺母副和导轨滑块副简化为弹簧-阻尼单元,综合考虑Timoshenko梁和质量-弹簧系统的刚度耦合,采用Ritz级数法和拉格朗日法建立了滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合动力学模型。通过模态实验和其他学者的研究成果验证了动力学模型的正确性。基于建立的动力学模型分析了滚珠丝杠进给系统随进给台位置变化的时变动态特性,分析结果有助于滚珠丝杠进给系统的传递函数辨识。基于上述研究结果,针对滚珠丝杠进给系统的时变动态特性,考虑轴向与扭转方向的刚柔耦合振动,简化得到了滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合传递函数模型。采用最小二乘法辨识得到了刚体传递函数,根据摩擦力矩与进给速度的关系辨识得到了Stribeck摩擦模型,采用正交多项式曲线拟合法辨识得到了不同进给台位置的弹性体传递函数,整合辨识结果得到了滚珠丝杠进给系统随进给台位置变化的时变刚柔耦合传递函数矩阵,为后续伺服控制器的设计提供了模型基础。根据线性参数变化(LPV)系统的基础理论将滚珠丝杠进给系统的时变刚柔耦合传递函数转换为LPV模型,进而针对该LPV模型设计了输出反馈GS控制器,并总结归纳了控制器参数的整定方法与经验;基于滚珠丝杠进给系统的刚体传递函数模型设计了带有摩擦前馈与陷波滤波器的PID控制器,并分析了陷波滤波器的适用性。针对两种控制策略在滚珠丝杠进给系统的五段行程区间上进行了跟踪实验,验证了GS控制器在滚珠丝杠进给系统整个进给行程上优良的控制品质。本文的研究成果不仅对完善滚珠丝杠进给系统的动力学建模和伺服控制理论具有一定的科学价值,更对提高滚珠丝杠进给系统的跟踪与定位精度,改善数控装备的精度保持性能与加工质量,促进我国数控装备的发展和缩短与国际先进水平的差距具有重要意义。