随着工业和控制理论的发展,为了实现利益最大化,厂商对于制造效率和良品率的要求与日俱增。作为机械制造的重要组成部分,挤压制造在机械制造中应用非常广泛。与其他制造工艺相比,挤压制造能够创建非常复杂的横截面,但是挤压制造的流程十分复杂,对控制技术的要求比较高。在这样的要求下,递阶控制作为一种性能优越的控制技术,可以保证加工制造的设备具有出色的制造质量和可靠的制造能力。在本文中,首先通过一种新的具有多个目标的运动控制系统的分层轮廓控制方法,将目标分配到轴同步的较高级别和单个轴跟踪的底部级别两个决策级别,使内部模型原理与最优控制相结合,并扩展用于端铣工艺的力/位置控制。结合递阶控制的相关理论,引入分层最优控制的递阶控制器来控制具有不断变化的目标的复杂系统。该控制器包括基于非线性模型预测控制器的过程级和用于挤出制造过程中自动控制目标变化的监控级。同时通过仿真研究调节轴位置和加工力误差,将更高级别的加工力调节传播到底层。利用具有成本函数的最优控制技术,对各个轴位置误差、加工力误差和控制信号使用进行加权,通过模拟案例研究验证控制器性能。为了分析重点变化对轴位置和加工力跟踪的影响,进行了9次模拟研究,其中高度强调轴跟踪增加到5(即高度强调),发现随着轴位置误差稳定时间的增加,相对恒定的轮廓误差量值和瞬态加工力误差随之减小。本次研究发现对于运动控制系统,当轮廓跟踪很重要时,即使在轴向控制信号饱和的情况下,控制器也能减小轮廓误差。此外,在尖锐边缘的加工过程中,过大的挤压力会导致断裂,通过使用本文所设计的递阶控制器,挤压力可以保证有界的同时不牺牲位置跟踪性能。