伺服电机作为响应速度快、控制精度高、运行平稳的工业自动化执行机构,广泛应用于各类加工制造领域,以及军用领域。目前,在工业机器人的机电一体化关节方面,一般采用普通电机与减速器结合的传统驱动方案,且采用外部走线的方式,很容易造成动作干涉。随着电机制造和材料加工等方面的进步,直驱电机逐渐取代传统驱动方案用来直接驱动设备。针对以上问题,本文设计一种基于全32位高精度磁电编码器的中空轴、高精度和机电一体小型化的直驱电机伺服系统,以满足机器人机电一体化关节或转台的需求。针对伺服系统高精度的需求,从控制算法计算精度、电压实现精度和传感器精度三个方面进行控制算法的优化设计;针对关节刚性提升的需求,基于单电机伺服系统设计并验证双电机控制算法。首先,进行电机的分析与设计。针对小型化和中空轴的设计需求,进行了电机基本参数的分析与方案设计。基于参数确定后的电机方案,建立了电机的三维模型,并进行电磁场仿真分析,逐步优化电机基本结构。针对电机的机电一体化需求,对控制器的硬件电路方案进行了设计规划,调整控制器电路板与电机结构间的装配方案。搭建了机电一体化的永磁电机,对电机基本参数和控制器基本性能进行初步验证。其次,设计并调试电机控制算法。针对全32位高精度的磁电编码器,设计了电机电流环基本控制算法。针对控制周期内死区时间的影响,设计了提高电压实现精度的控制算法。基于已设计的电流环控制算法,设计了全32位整型计算的速度环和位置环控制算法。调试了电机电流环、速度环、控制环的基本控制参数,进行了电机伺服系统特性实验。最后,设计并验证双电机控制算法。基于调试完成的永磁电机,设计了无减速器下的双电机测试平台结构。基于高精度的电机控制算法,设计了双电机控制算法。基于电机控制器,设计了双电机与上位机间的通信方案。搭建了双电机测试平台,验证了双电机控制算法对电机刚性提升的有效性。