数字控制系统(Computer Numerical Control(CNC)Systems)是目前和未来世界科技发展的热点之一.CNC系统主要应用于自由曲面的高效、精密、自动化加工,其加工质量和加工效率对提高产品性能和产品推向市场速度起着关键性作用.目前,CNC系统的运动控制器采用PID控制算法.PID控制算法简单、可靠性强,但参数调节十分困难.CNC系统加工曲面的G代码由CAD/CAM系统生成,生成的G代码包括一系列小直线段和圆弧命令.加工这些小直线段需要多次的加减速,降低了加工效率;并且直线与直线、直线与圆弧、圆弧与圆弧之间存在拐点,加工这些拐点时容易造成过冲,降低了加工质量.本课题深入研究了基于曲率变化的数据重构方法、三次均匀B样条轨迹规划方法和基于随动坐标系(Moving Coordinate Frame)运动控制器设计方法,并对此控制器进行了详细的分析.基于曲率变化的数据重构方法是通过计算离散点的曲率值和平均曲率值得到均匀分布的数据点.然后,使用三次均匀B样条插值这些数据点,三次均匀B样条具有局部支承性和二阶连续性(切向方向和曲率都是连续的),且易于计算.因此,用上述方法得到的规划轨迹不存在小直线段和拐点,且能在满足控制对象速度极限、加速度极限的前提下使控制对象以最短的时间通过空间中的离散点.基于随动坐标系的运动控制器设计方法是把固定坐标系(Fixed CoordinateFrame)中的轨迹误差(包括位置误差和速度误差)转换到随动坐标系中,在随动坐标系中进行控制器的设计.在随动坐标系中,轨迹误差分解为切向误差和法向误差,法向误差起主导作用.切向误差和法向误差通过固有频率进行调节,在保持切向固有频率不变的情况下增大法向固有频率,加工轨迹误差减小.基于随动坐标系方法设计的运动控制器,不仅与加工的速度有关,而且与加工曲线的曲率有关,曲率反映了加工曲线的特性.