随着数控机床、表面贴装技术、金属3D打印等智能制造装备的迅速发展,采用伺服电机+滚珠丝杠的驱动技术呈现出巨大的需求,已成为智能制造装备的核心基础部分,对我国高端装备的发展起着关键和决定性作用,其精度和速度性能直接决定了高端装备的定位精度与效率。本文以表面贴装技术为研究背景,针对伺服电机+滚珠丝杠在高速运行下产生的振动及定位精度问题,对伺服电机+滚珠丝杠的定位系统展开了一系列的研究。通过对该系统的动态特性、闭环控制算法等进行理论分析与实验研究,使得系统工作台在定位精度与速度方面都取得到了较大程度的提高。课题研究对高端装备技术的发展具有重要的理论意义与应用价值。本文主要工作和研究成果如下：1)研究并设计基于“旋转电机+滚珠丝杠”驱动模式的定位系统,建立滚珠丝杠定位系统的刚体动态模型。使用分段常值电压信号作为输入获取系统的输出数据,通过最小二乘辨识方法对刚体动态模型进行时域辨识。研究了作为定位系统驱动源的永磁交流同步电机,建立了该电机基于空间矢量控制原理的数学模型,通过实验研究获取了电机驱动放大器的带宽特性,奠定了控制系统的设计基础。2)在考虑工作台高速运动及滚珠丝杠导程对动态特性影响的情况下,基于有限元分析的振型结果,研究了一种基于混合基函数的Ritz级数法来获取系统精确的动态特性。通过数值仿真,分析了Ritz级数的收敛特性,研究了工作台在不同位置下系统的固有频率与振型的变化情况。对滚珠丝杠定位系统进行扫频实验研究,获取系统实际固有频率,结果表明,所提基于混合基函数的Ritz级数法能够准确预测系统的动态特性,为高频振动抑制提供了理论依据。3)为提高控制系统的瞬态响应和稳态精度,针对一类具有未知上界的匹配参数摄动和外界干扰的系统,研究了基于非线性滑模面的滑模控制器(NSMC),分析了非线性滑模面是如何改变系统阻尼比以提高响应性能。为了降低由切换控制引起的系统抖振,研究了自适应参数估计以代替NSMC的切换增益。当系统存在不匹配参数摄动和外界干扰时,在使用非线性滑模面的基础上结合干扰观测器设计了新的滑动模态,研究了基于非线性滑模面和干扰观测器的改进型自适应滑模控制律(ANSMC-DOB)。4)从传统控制方法入手,首先以滚珠丝杠定位系统的刚体动态模型为基础,研究了基于单位置闭环反馈的PID与自适应滑模控制。为了提高系统的控制性能,研究了基于滚珠丝杠定位系统一阶轴向模态的二自由度数学模型,以该模型为基础,研究了基于双位置闭环反馈的ANSMC-DOB定位控制系统。根据系统动态特性的分析结果,研究了相应的陷波滤波器以控制系统的高阶模态振动。5)建立了基于dSPACE实时仿真工作平台的滚珠丝杠闭环控制系统,为了降低由工作台加减速不平滑导致的系统振动现象,设计了适用于滚珠丝杠定位系统的加加速度连续的运动轨迹。由仿真和实验研究表明,滚珠丝杠定位系统使用所提ANSMC-DOB控制方法时,工作台可在最高速度为1 m/s的运行情况下获得±10μm的轨迹跟踪精度,相比于传统PID和自适应滑模控制,定位性能有了较大的提高。