曲面加工、微纳制造、柔性制造等应用对精密运动平台的定位精度提出了更高的要求。精密运动平台由于受到零部件加工与装配公差等几何误差,以及传动反向间隙、载荷、内应力与温度场作用下结构变形等非几何误差的共同影响,绝对定位精度会大大降低。标定作为一种有效且低成本的技术,被广泛用来提高精密运动平台的绝对定位精度,但是已有的大多数标定方法仅止于补偿几何误差,难于满足先进制造中的高精度需求。因此,如何准确、高效地建立各种精密运动平台的非几何误差模型,并提出有效的误差补偿方法是当前亟待解决的问题。本论文通过研究五轴数控机床、双驱龙门平台和长行程直角机器人这三种典型的精密运动平台的标定与误差补偿技术,建立准确的运动学或运动静力学模型,以提高它们在变载荷、变工况、大工作空间内的绝对定位精度,主要内容如下:（1）.五轴数控机床的标定方法研究:建立了基于局部指数积公式的五轴数控机床的运动学模型,相比基于全局指数积公式的建模方法,可以有效避免标定过程中关节旋量的正交化和归一化处理,提高了运算效率。针对大噪声数据下误差辨识不收敛的问题,提出了带阻尼因子的迭代最小二乘参数辨识方法,保证了算法的鲁棒性。推导了数值法求解实际运动学模型逆解的过程,以获取修正的运动轴控制指令。考虑到非几何误差如传动反向间隙的影响,提出了区分转动轴正反向的分段误差补偿方法。仿真证明了基于局部指数积公式的五轴数控机床运动学建模的正确性,实验验证了提出的分段误差补偿方法的优越性。（2）.带柔性关节双驱龙门平台的标定方法研究:设计了一种簧片式柔性关节来替代传统的双驱龙门平台上的刚性连接,降低了两平行轴上电机运动不同步时产生的集中应力,提高了平台的可靠性。传统的伪刚体建模法把柔性关节近似为扭转弹簧,无法计算轴向载荷下的变形,导致其精度不高。因此,我们提出了一种带柔性关节双驱龙门平台的运动静力学建模方法,该方法能够准确预测柔性关节引入后带来的几何非线性。然后,我们提出了以柔性关节的长厚比作为准则去选取是基于梁约束模型（BCM）还是铁木辛柯梁约束模型（TBCM）获取梁系数,在保证模型的准确性前提下提高了求解效率。依据该运动静力学模型,只要横梁转角、两电机的错位和电机的净驱动力三个变量中的任意一个已知,另两个变量就能准确预测得到。仿真和实验证明了提出模型的准确性。（3）.长行程直角机器人的标定方法研究:多模块、长行程直角机器人在均布载荷和集中载荷共同作用下会产生结构变形,其导致的非几何误差是影响机器人绝对定位精度的关键因素。因此,我们提出了一种通用的多模块、长行程直角机器人的半解析梁变形建模方法。在该模型中引入了调整因子,以应对不同模块中的过约束情况。通过补偿形变非几何误差,提高了后续基于刚体结构假设下几何误差建模的准确度。基于上述两步骤移除了确定性的误差之后,建立了基于小样本数据驱动的高斯过程回归模型,并使用贝叶斯优化最小化十折交叉损失函数以获取最优的超参数,实现了对残差的准确预测。最后,我们总结了一个综合的几何和非几何误差补偿流程。仿真和实验验证了提出模型的有效性。