随着虚拟技术、云计算、物联网、云制造等新型技术以及高速切削和精密加工技术的迅速发展，先进制造技术对数控系统提出更高要求。为了满足先进制造技术的需求，本文综合运用多种交叉学科的先进理论和方法，围绕数控系统运动平稳性和轮廓精度控制等问题，主要从连续短线段轮廓加工技术、数控伺服控制系统模型辨识与建模技术、独立轴位置伺服控制技术和多轴联动位置伺服控制技术等方面展开研究。论文主要研究工作及取得的成果如下：（1）为减小数控系统连续短线轮廓加工过程中速度较大的波动，研究一种三次参数样条曲线局部平滑过渡方法，设计内接过渡法和外接过渡法两种过渡类型，在转接点附近插入两段或三段三次参数样条曲线进行局部处理，实现转接速度高平稳过渡；为解决嵌入式数控系统柔性加减速速度规划的实时性问题，提出一种简化快速的S形速度规划算法，实现连续短线段高平稳运动。通过仿真和加工实验，验证所提出的方法有效地提高连续短线段轮廓加工的运动平稳性和加工效率。（2）为提高系统模型的建模精度，综合运用支持向量机、粒度计算、系统辨识、免疫算法、微粒群算法等多种交叉学科的先进理论和方法，对数控伺服控制系统模型辨识与建模进行研究。采用二维搜索算法和支持向量机相结合的思想对数控伺服控制系统的模型结构进行辨识；为提高模型辨识精度，研究一种基于信息粒度支持向量机的辨识方法，对数控伺服控制系统的模型参数进行辨识；提出基于交叉变异功能的免疫微粒群优化算法对信息粒度支持向量机的参数进行优化，改善辨识效果。实验结果表明，所提出的方法可有效地提高系统的辨识精度。（3）为提高独立轴运动平稳性和运动精度，综合运用广义预测控制和模糊控制等理论方法，研究一种改进型广义预测控制和非线性自适应模糊控制相结合的复合模式控制策略。为减小独立轴运动速度波动、加速度波动和跟踪误差，改进广义预测控制的性能优化指标；提出一种自适应调整改进型广义预测控制参数的方法，提高系统的控制性能；为满足控制系统的实时性要求，提出一种简化计算模型求解控制输入量；为提高系统的抗干扰能力，提出一种自适应变结构参数的模糊控制算法。实验表明，所提出的创新性方法可有效提高数控系统独立轴运动平稳性和运动精度。（4）为提高多轴联动数控系统的运动平稳性和轮廓加工精度，研究一种多轴参数模型预测控制和非线性自适应模糊PID控制的复合模式控制方法，采用多轴参数模型预测控制方法对系统的线性模型进行控制，采用非线性自适应模糊PID控制对系统的非线性模型进行误差补偿控制。为提高模型计算效率，构建一种轮廓误差模型、速度误差模型和加速度误差模型；为提高多轴伺服控制系统的控制性能，提出一种性能优化指标，使系统的跟踪误差、轮廓误差、速度误差和加速度误差最小；为满足控制系统的实时性，设计一种简化的计算模型求解多轴参数模型预测控制增量；为提高多轴联动数控系统鲁棒性，提出一种非线性自适应模糊PID控制方法。实验结果表明，所提出的创新性成果可有效地提高多轴联动数控系统的运动平稳性和轮廓精度。（5）以数控雕铣机为机械平台，自主设计和研发相应的数控系统，并对本文所提出的连续短线段三次参数样条曲线过渡算法、简化快速的S形速度规划算法、数控伺服控制系统模型辨识与建模方法、独立轴位置伺服控制和多轴联动位置伺服控制方法等进行工程验证。实验结果表明，所提出的创新性方法具有良好的可行性和有效性。