随着现代光谱技术的发展,光谱仪器在航空航天、天文观测、生物研究以及国防建设等各个领域都有广泛应用,而衍射光栅则是光谱仪器中的核心器件。光谱仪器的发展和进步与光栅制造技术水平息息相关。大行程高精度的衍射光栅必须采用机械式光栅刻划机进行制造,作为机械领域中最为精密的仪器之一,光栅刻划机结构复杂并且影响其精度的因素众多。本文对光栅刻划机的关键部件进行特性分析,对定位系统进行系统辨识研究,分析温度变化对光栅刻划机的影响规律,并在此基础上进行补偿系统研究。光栅刻划机的主体结构包括定位系统、刻划系统以及测量系统,首先对这三个系统的具体结构以及光栅刻划机的工作方式进行详细介绍。然后对光栅刻划机的大行程定位和小行程定位的实验结果进行对比分析。为了提高光栅刻划机的性能,对其关键部件进行特性分析。分别对刻划系统中的复合刀架和刀架导轨以及定位系统中的工作台和工作台导轨进行模态分析和变形分析,再对粗定位系统和精定位系统进行理论建模,分析其系统稳定性等特性。光栅刻划机的定位系统直接决定着光栅毛坯的位置,因此定位系统十分重要,为了分析定位系统的特性,对其进行系统辨识研究。对原始定位数据进行数据插补以及归一化处理后,采用两种方法进行系统辨识研究。第一种方法是基于ARX模型的系统辨识,根据实验数据先辨识模型的阶数再辨识模型的参数；第二种方法是基于理论模型的系统辨识,首先根据系统结构建立一个简化的动力学模型,然后在这个模型的基础上完成系统辨识。这两种辨识结果的对比结果表明,不同的辨识结果适用于不同的应用环境。光栅刻划机作为一个纳米级精度要求的系统,环境温度变化对其精度也会造成一定的影响。为了研究温度变化对光栅刻划机精度的影响规律,首先采用有限元方法进行温度变形分析,然后再对温度-误差数据进行建模,采用了两种建模方式。其一是基于遗传算法的多项式建模,在参数迭代时使用了逐步优化方法计算最优的遗传算法参数；其二是基于广义回归神经网络的建模方法。建模结果验证了温度对光栅刻划机的影响是一个相对缓慢的过程。在此基础上建立温度补偿系统,采用了定常PID控制算法和单神经元PID控制算法,这两种控制算法都能有效补偿温度及其他因素对光栅刻划机精度的影响。采用了补偿结构的定位系统在环境温度为20+0.3℃时的定位精度高于未采用补偿结构的系统在环境温度为20±0.01℃时的定位精度。其中,单神经元PID控制算法由于其自适应性,控制精度相对更高。