齿轮测量中心是实现齿轮全参数测量的数控仪器。哈尔滨精达测量仪器有限公司的此类产品代表了目前国内的最高水平。为进一步提升仪器性能、研发新型产品、跟踪国外的先进技术,采用直接驱动技术是必然趋势。直接驱动技术就是电机不经过任何传动链直接驱动负载,具有系统响应快、灵敏度高、随动性好、速度和位置精度高等优点。本课题来源于国家科技型中小企业技术创新基金项目,是清华大学与哈尔滨精达测量仪器有限公司的合作项目。论文工作是将直接驱动技术应用于伺服系统,从而对仪器的数控系统进行改进,提升现有型号仪器的性能,并为将来研发可测量更大惯量齿轮的新型仪器打下理论与实践的基础。论文首先对目前国内外齿轮测量中心和直接驱动技术的发展现状进行综述,分析了现有仪器数控系统的组成、结构和控制性能要求,就当前控制系统存在的不足,提出了基于直接驱动技术的仪器数控系统的总体方案,在直线轴上使用直线电机(DDL)消除传动链的误差,减小测量的不确定性,提高测量精度。在旋转轴上使用直接驱动电机(DDR)大幅提升被测齿轮的负载惯量,提高旋转轴的低速运行平稳性能。然后研究可实现DDL和DDR电机控制的伺服控制卡的原理和使用方法,编写板卡上运行的控制程序,并开发了一套用于DOS下访问控制卡的底层接口函数库,提出了一种实现DOS下访问PCI设备的通用方法。再后设计并实现了直接驱动伺服系统,分析了伺服驱动器中的控制算法,对驱动器内部参数和负载惯量等外部参数进行辨识,建立了DDL电机轴和DDR电机轴的控制系统数学模型并进行系统仿真。最后对伺服系统的实际控制性能和整机测量性能进行了实验。论文分析了各控制参数对系统的影响,给出了系统最终能够达到的性能指标,并提出了两种在系统惯量大范围变化的情况下保持系统稳定的方法。论文采用的直接驱动技术已成功应用于精达公司产品:JD45齿轮测量中心。提升了产品测量精度,使该产品性能更加接近国外同类产品。