先进数控机床是机床产业中能够衡量一个国家制造水平、最具代表性、附加值最高的产品。伺服系统的位置控制技术是决定数控机床加工精度的核心技术之一。在剖析了开放式数控系统特征的基础上，设计和构建了数字化仿形技术和三轴联动数控加工一体的，以工业计算机(IPC)和通用工业接口卡为核心的硬件平台。该平台支持4路正交编码器脉冲计数，4路D／A输出，16通道单端或8通道差分A／D输入和48路I／O。对控制电路进行了高度集成，增加了抗干扰技术，为高速高精加工数控系统的实现提供了强有力的支持和保证。本文根据现代高精度数控系统的功能需求，研究并优化了数控系统软件关键技术的内核算法。通过建立缓冲区和代码分流技术对G指令实行逐行译码。应用数据采样插补技术处理G指令中的直线、圆弧信息。采用了先进的五次样条插补技术和前瞻控制方法处理自由复杂曲线的轮廓信息。对各模块进行了优化，最大限度地实行增量运算和迭代求解，在运用高精度算法的同时，显著地提高了运算速度。基于优化后的数控软件算法，用C语言在VC平台下开发了一种基于开放式体系结构的数控系统软件内核。本文的开放式体系数控内核已经实现模块化，具有较强的可换性、可伸缩性、可移植性、可扩展性，不仅简化了硬件结构，而且显著地降低了系统成本。基于所建立起来的数控系统平台，构建并研究了高速运行条件下的伺服系统四阶模型。采用阶跃响应对具有相同位置控制器参数的高速四阶模型与低速一阶模型和中速二阶模型进行响应特性的比较。发现随着伺服系统运行速度的提高，系统性能会由于原有位置控制器参数设置的误差而发生恶化。本文通过极点配置的方法，对高速伺服系统的四阶模型进行了参数优化，得到了响应速度快、没有震荡和超调的系统响应特性。为了增加系统稳定性，利用所得到的优化参数对神经元PID控制器进行初始化，构建了以优化后参数为基础的神经元PID控制器。仿真试验表明，这种方法可以使系统在保持优化后系统特性的基础上，将系统的干扰峰值降低10％以上。