开放式高性能数控系统的研究不仅要使数控系统体系结构开放，更重要的是要结合计算机技术、自动控制技术、机械加工的最新技术，实现高速度、高精度、高可靠性的数控加工，将数控机床的加工质量、功能、可靠性提高到一个新的水平。论文针对开放式、高性能数控系统发展需要，对数控系统的几个主要关键技术-加减速控制、曲线插补方法、伺服控制、轮廓控制进行了深入研究。 高精度CNC系统中要求对机床进行平滑的运动控制。在分析常用加减速方法特性基础上，提出一种避免产生加加速度j阶跃的加减速方法，称为基于j控制的新加减速方法，详细分析了该加减速方法的轮廓运动控制方程。该方法使加减速运动更加平滑，减小了机床振动与冲击。 对于复杂型面零件的高速、高精度数控加工，线性插补存在明显不足。论文深入研究了NURBS曲线插补，并结合提出的CNC系统中进给速度的自适应控制方法，在满足加减速特性、最大轮廓误差、最大向心加速度约束的基础上，可获得尽量高而且平滑的进给速度。 进给伺服系统的性能直接影响和决定CNC系统的快速性、稳定性和准确性。论文在对位置控制器中PID控制性能以及前馈控制性能进行深入分析的基础上，设计了一个非线性PID位置控制器来提高伺服系统跟随性能。该控制器使系统的响应加快，提高了跟随精度。 论文分析了电气扰动对进给伺服系统精度的影响，设计了一种电气扰动(如漂移、电压波动等扰动)观测与补偿器，将电气扰动观测出并补偿到位置控制器的输出中，提高了伺服系统的跟踪精度和抗干扰能力。 数控机床系统的轮廓加工轨迹是多轴协调运动的合成结果，针对多轴高精度复杂型面零件数控加工需要，提出了一种基于NURBS插补器的简单实用的多轴交叉耦合控制方法，该方法显著减小了轮廓误差，提高了轮廓精度。 论文分析了轮廓误差产生的根源，主要针对机床各轴动态特性不一致、位置环增益不匹配、正交轴垂直度误差进行分析并提出了一种补偿控制方法，进行了误差补偿实验。 在上述关于运动平滑处理、伺服控制、轮廓控制方法论述的基础上，论文最后采用“PC机内嵌入运动控制器”的开放式体系结构搭建了一个数控实验平台，并进行了加减速控制实验、伺服控制实验、交叉耦合控制实验，验证了所研究方法的有效性。