机床的精度和速度决定了加工工件的表面质量和机床的生产效率。由于滚珠丝杠具有高刚度和高精度的特性，被广泛应用于现代数控机床中。进给系统工作台在高加速度条件下的快速移动易激发系统振动，轴扭耦合振动是在滚珠丝杠进给系统中最主要的振动形式，且振动特性随机床加工过程改变。轴扭耦合振动限制了系统伺服带宽，从而降低机床在高速跟踪下的定位和跟踪精度。滚珠丝杠进给系统动力学特性的时变性主要是由结构柔性，加工过程中的工作台质量变动和位置变化而造成的。机床控制系统的目标包括最小化跟踪误差，最大化伺服带宽和抑制结构振动。此外，控制算法需对时变参数和未建模动态特性具有鲁棒性，从而实现高精密加工。本研究的主要目标即针对上述问题，研究滚珠丝杠进给系统的动力学特性和控制算法，实现高带宽控制并补偿由加工过程引起的时变动力学特性，从而保证高速高加速度情况下工作台的跟踪精度。　　为研究滚珠丝杠进给系统的动力学特性，提出一种混合建模方法。该方法将滚珠丝杠作为连续梁结构，包含轴向、扭转和弯曲振动。通过拉格朗日方法和Ritz级数方法建立旋转丝杠在承受移动载荷条件下的动力学方程，并推导在不同边界条件下的基函数表达式。分析了不同参数影响下（工作台质量、位置、导程和预紧力）对滚珠丝杠进给系统的影响。最后，通过实验验证了模型的正确性。　　为研究系统的伺服控制方法，设计并搭建两套滚珠丝杠进给设备。通过时域和频域的系统辨识方法辨识系统参数。采用无偏最小二乘估计方法得到系统的转动惯量和阻尼，并通过卡尔曼滤波精确辨识系统的摩擦模型。采用正弦扫频测试方法获得系统的频率响应函数。采用峰值法和最小二乘法，得到滚珠丝杠进给系统轴扭耦合振动的传递函数和状态空间表达。辨识方法分别应用在两套实验设备上，并针对不同的位置和质量进行测试。通过将辨识得到的传递函数和状态空间模型的频响函数曲线与实验值比较，验证模型的正确性。　　针对刚体滚珠丝杠进给系统，设计自适应反演滑模控制器，提出陷波滤波器抑制系统的轴向和扭转振动，螺距和摩擦补偿等通用的补偿方法。分别在实验设备Ⅱ和Ⅲ上，与带有速度和加速度前馈的PPI控制器进行比较，通过实验验证自适应反演滑模控制具有更高的精度和对于工作台质量变动的鲁棒性。　　进一步提出包含时变不确定性和未知边界干扰的柔性滚珠丝杠进给系统模型。采用振动补偿自适应反演滑模控制方法实现振动抑制。时变不确定性和干扰采用傅里叶级数表示，并通过函数估计方法更新傅里叶级数系统。通过李雅普诺夫方法证明了闭环系统的收敛和稳定性。根据带有非最小相位零点的柔性滚珠丝杠状态空间模型，设计带有最小跟踪误差前馈的自适应反演滑模控制方法，有效的抑制结构振动获得高跟踪精度。通过仿真和实验表明该方法在时变参数不确定性和干扰存在条件下能够有效的改善跟踪精度和带宽。　　针对滚珠丝杠进给系统时变的动力学特性，设计了基于多参数增益调度方法的H∞回路整形控制器。H∞回路整形方法通过一系列的补偿器权衡系统性能和鲁棒性。首先建立固定参数的线性时不变系统，进而对其状态空间模型插值，通过求解最小二乘问题获得时变控制器。假设参数变化率是有界的，采用多参数LPV系统稳定性理论分析系统的稳定性。与带速度前馈和加速度前馈的PPI和自适应反演滑模控制相比，实验表明该控制器对于时变参数具有更好的适应性和鲁棒性。