伺服控制是运动控制领域的一个重要分支,伺服系统在现代工农业、国防和医疗等高新科技领域有着十分广泛的应用。伺服系统的典型机械传动结构是由高速伺服电机驱动减速传动机构,再由传动机构带动负载运动,完成能量的转换。一方面,这样的机械传动结构中一定会存在齿隙等非线性环节,齿隙非线性既是一种力矩传动过程中不可缺少的非线性因素,同时也是一种影响系统性能的非常重要的因素;另一方面,由于传动机构的刚度不是理想的无穷大,弹性导致的机械谐振现象对整个伺服系统的影响也是不可忽略的。本文首先分别介绍了齿隙非线性和机械谐振的产生原因和研究现状,然后以永磁同步电机伺服系统为研究对象,介绍了永磁同步电机的基本原理以及控制方案。另外,介绍了齿隙非线性的几种常见数学模型以及适用场合,并基于双惯量弹性系统分析了机械谐振的产生机理。分别对伺服系统存在的齿隙非线性和机械谐振进行了研究:一方面,针对系统的齿隙非线性,本文分别采用了线性最小二乘法和非线性最小二乘法对齿隙死区模型和近似死区模型的参数进行了辨识,通过辨识得到的齿隙模型对齿轮传动力矩进行了估计,设计了基于齿轮齿隙力矩补偿的反馈控制方案,并通过仿真和实验对提出的齿隙辨识方法和控制方案进行了验证。在齿隙非线性补偿的基础上,考虑到系统存在的摩擦力矩、电流环动态、齿隙建模偏差等集总扰动,设计了高阶滑模观测器对伺服系统存在的集总扰动进行了估计,基于高阶滑模观测器设计了非奇异终端滑模复合控制器,并且对提出的抗干扰复合控制方案的稳定性进行了证明,对控制效果进行仿真和实验验证。另一方面,针对系统的机械谐振,本文介绍了伺服系统机械特性的频域辨识方法和陷波滤波器算法抑制谐振的基本原理,然后采用chirp信号激励,进行离线FFT变换实现了伺服系统机械谐振特征的辨识,最后基于谐振频率的辨识结果,设计了二阶数字陷波滤波器算法,并在机械臂、丝杆、皮带轮实验平台上进行了相关的实验验证。