飞切加工被广泛应用于大口径KDP晶体、棱柱矩阵、隐形眼镜、非球面透镜、反射光栅等精密制造领域的复杂零部件的制造加工过程中,是获取高精度复杂物体表面结构的重要加工手段之一。高端飞切加工机床及其加工工艺是当下研究的热点。然而,高性能加工依托于高性能的设备和刀具。飞切加工机床内的低速大行程纳米直线运动系统提供了飞切加工过程中的工件进给动作,该超精密运动系统的性能对飞切加工工艺最终的产品表面质量和生产效率有着关键意义。本文针对面向飞切加工的低速大行程纳米直线运动系统设计、建模,其永磁同步直线电机驱动、超精密运动系统位置输出预测、控制系统控制器设计和控制器参数整定等关键技术进行了研究,主要研究内容如下:设计了一种无铁芯永磁同步直线电机驱动的单自由度超精密气浮运动平台。并建立了其动力学模型,通过辨识实验,得到了较为准确的系统动力学模型。设计了基于精密运动平台的包含拉压力传感器的静态力测试系统,并利用该静态测试系统对精密运动平台的线缆力进行了测试和辨识,得到了较为准确的线缆力模型。建立了包含端部效应的无铁芯永磁同步电机输出力模型,并提出了静态和动态两种实验方法用于辨识上述模型中的未知参数。研究了无铁芯永磁同步电机的端部效应在低速工况下,导致超精密气浮运动平台的输出出现周期性速度波动的机理。并基于上述包含端部效应的电机输出力模型,设计了一种端部效应补偿算法用于抑制由直线电机端部效应引起的超精密气浮运动平台周期性速度波动。针对直线电机驱动的超精密气浮运动平台大调速比低速工况设计了一种基于改进型适时学习算法的自适应两自由度P-PI控制器。设计了一种分层结构的改进型适时学习算法模型数据库,并在该数据库学习更新策略中引入了遗忘因子系统,从而大幅降低适时学习算法的计算复杂度和计算时间消耗,使其可被应用于精密工程实时控制领域。设计了两自由度P-PI控制器参数自整定更新算法,并利用李雅普诺夫方法证明了该算法的收敛性。设计了一种线性自抗扰控制器(LADRC),同时设计了基于适时学习算法的LADRC控制器参数的自整定算法。并利用李雅普诺夫方法证明了上述两个参数值整定算法的收敛性。并通过仿真和实验证明了该LADRC控制器具有令人满意的抑制干扰的能力,可有效抑制飞切机床切削力引起的直线运动平台输出位置波动;同时证明控制器参数的自整定算法的正确性和可靠性。综合比较了传统P-PI控制器,自适应两自由度P-PI控制器,具有参数自整定的LADRC控制器在有无飞切机床切削力扰动、有无直线电机端部效应补偿算法的情况下控制低速大行程纳米直线运动平台的控制器系统表现。并结合对上述大量试验的分析讨论,给出了对PMLSM驱动的超精密气浮直线运动平台控制算法设计的指导性建议。本文在低速大行程纳米直线运动系统位置输出和速度输出控制方面的研究工作,将对设计低速大行程纳米直线运动系统、研究超精密运动平台控制器和控制器参数整定、超精密系统输出预测等研究领域具有重要的理论与应用价值。