超精密定位是精密加工一项关键技术,在光刻技术、IT制造业、微观世界扫描成像等方面均发挥着重要的作用,对一个国家的高端制造水平影响重大。对二维超精密定位平台以及对其控制算法的深入研究,有着极其重要的实际意义。为实现超精密定位的目的,满足大行程与超精密同时兼顾的要求,体现新型气动执行器的优势,本课题设计了新型气动二维超精密伺服平台。平台由金属波纹管直接驱动,高精密光栅尺作为平台的反馈元件测量实际位移,采用气浮导轨支撑整个位移平台,设计高精度位置伺服输出反馈控制算法,以提高系统伺服跟踪精度。实验结果表明,该控制方案定位精度小于±0.3μm。第一章介绍了超精密定位平台的研究背景,详细分析了超精密二维平台、气动伺服系统控制策略和波纹管执行器的国内外研究现状,最后提出本文研究意义与主要研究内容。第二章阐述了二维超精密定位平台系统的总体设计方案。设计了平台的下位机控制系统,以及基于LabVIEW的上位机人机交互界面。第三章以气动波纹管为研究对象,通过理论分析和实验研究,建立了单轴气动波纹管伺服非线性数学模型。随后,结合二维平台机械结构,建立超精密平台气动系统的完整二维非线性数学模型。最后通过一个数值仿真,验证了本章所建立数学模型的有效性。第四章设计一种自抗扰框架下的变结构滑模输出反馈控制方案,为满足滑模匹配条件,对第三章提出的数学模型进行了坐标变换。通过Lyapunov函数对所设计的控制器与观测器分别进行了稳定性分析,最后进行了数值仿真验证。第五章,考虑实际系统与工作环境,针对第四章所设计控制器的缺陷,设计了一种高精度的自适应输出反馈递归滑模控制方案,并且用Lyapunov函数理论论证了气动波纹管伺服系统闭环系统全局稳定,跟踪误差的收敛性和跟踪误差的L_?性能。最后分别通过数值仿真与实验验证了控制方案的有效性。第六章,对所做的研究内容作出全面的总结,阐明有关的研究结论,并提出了下一步的研究方向。