针对索驱悬吊式重力卸荷系统被动缓冲器带来的欠驱动问题，提出了基于气动人工肌肉（Pneumatic Artificial Muscle， PAM）主动式缓冲器控制方法。首先，分析用于地面微/低重力模拟的悬吊式重力卸荷系统，为了克服PAM高度非线性特性，提出基于块结构的非线性神经网络建模方法，其次分析吊索与航天器相互作用过程中挠性引起的力扰动，最后采用非线性模型预测跟踪控制。相比传统PID控制方法，该方法具有参数调节简单，实时跟随性能好，以及对卸荷系统目标惯性参数的摄动具有控制性能不变性等优势。实验结果表明，设置不同扰动情况跟随力误差都能保证在3%以内，实验证明了基于PAM主动缓冲器的可行性，所提出的控制方法能够在挠性不确定性的情况下实现力跟随控制。

为了解决三自由度压电驱动纳米偏摆台中的多轴耦合与迟滞问题，设计了一种可以同时表征多个压电驱动器间耦合效应及其自身迟滞效应的耦合迟滞模型，并利用其逆模型进行前馈补偿以提升平台的定位和轨迹跟踪精度。首先，搭建了三自由度压电驱动偏摆台的控制系统并建立其运动学模型，将末端平台三自由度运动转化为三个压电驱动器的输出。然后，建立基于Prandtl-Ishlinskii模型的耦合迟滞模型，并对该模型及其逆模型的参数进行辨识。最后，通过开环逆模型前馈补偿来验证模型的有效性，并利用结合逆模型前馈和反馈的复合控制方法进行轨迹跟踪控制。实验结果表明：逆模型开环前馈补偿使三个压电驱动器间最大耦合位移均降低了70%以上，证明了所建立耦合迟滞模型的有效性，结合闭环反馈的复合控制方法对空间轨迹进行跟踪的最大均方根误差仅为0.06 mrad和0.42 μm，相比单纯闭环反馈分别减少了72%和87.5%，最大误差也减少了76%以上，有效消除了平台中耦合迟滞的影响，提高了平台的定位精度。

为了提高超精密设备中多自由度工作台的效率和精度，在满足纳米精度要求的同时提高工程调试与集成效率，提出了一种针对多自由度工作台的轨迹规划方案。对前道工艺的应用场景和机电系统能力进行分析描述，聚焦轨迹规划的难点，提出了整定控制参数和确定轨迹动力学约束参数的方法。通过差分进化算法整定反馈控制器参数，再以控制器的实际跟踪效果和应用需求为优化目标，运用蒙特卡洛算法对参考轨迹进行优化迭代。最后与传统工程调试进行了实验对比。实验结果表明：在工作台扫描运动的重复定位精度均达到±5nm/3σ要求的前提下，本文提出的方案能使跟踪误差快速收敛，调参次数减少约90%。该方案在保证超高运动定位精度的同时能够有效地提高工程调试与集成效率。

三轴快速刀具伺服（Fast Tool Servo， FTS）具有更高的刀具空间运动柔性，逐渐用于复杂光学曲面和微纳结构表面的切削加工。针对所研制电磁-压电混合驱动三轴FTS存在的轴间耦合、高频谐振和迟滞非线性等因素对轨迹跟踪性能的影响，研究综合补偿策略实现三轴空间轨迹的高性能跟踪控制。以陷波滤波器抑制系统高频谐振，以前馈解耦补偿弱化平面轴间耦合；针对法应力电磁驱动和压电驱动的迟滞非线性，提出以线性动力学模型级联Prandtl-Ishlinskii模型描述各轴的动态迟滞特性，并构建无需直接求逆的迟滞前馈补偿模型，实现系统的迟滞非线性补偿。谐波扫频测试结果表明：所采用的陷波滤波器可以很好地消除高频谐振，前馈解耦补偿可将平面XY轴间的耦合幅值降低约14 dB。宽频域内迟滞建模结果表明：平面XY轴和Z轴的动态迟滞建模误差分别小于±2.2%和±1.8%。以PID为主控制器，对宽频谐波（10~100 Hz）的跟踪结果表明：采用综合补偿策略获得各轴的最大跟踪误差约为仅采用逆动力学前馈补偿的25%~50%，进一步对空间螺旋球面轨迹进行了跟踪测试，证明了所构建的综合补偿控制策略的有效性。

为了实现带有谐波减速器的间驱式框架系统高精度速度跟踪控制，提出了一种基于位置域迭代学习控制的前馈补偿方法。首先，分析了谐波减速器运动误差导致的负载端角速率波动的位置域周期特性，并在此基础上提出了一种位置域迭代学习前馈补偿方法。该方法通过对框架系统速度调节误差信号进行累加获取前馈补偿信号，通过补偿力矩来抑制转速波动。然后，对迭代学习算法进行了分析，得到了迭代学习的收敛条件和迭代终止条件。最后，利用仿真和试验对所提方法的有效性和可行性进行了验证。结果表明，应用所提的迭代学习前馈补偿方法可使框架系统负载端的转速波动量被抑制30%以上。所提方法实现简单，具有较好的速度波动抑制能力，有效提高了控制力矩陀螺输出力矩精度。