高精度伺服转台是测试惯性器件性能的关键设备,一般来讲转台的精度要比被测仪表的精度高一个数量级,测试才有意义,而决定转台精度的因素主要是测角系统的精度和控制系统的精度。对于正在研制的测角精度为0.5角秒的高精度伺服转台,使用感应同步器等测角元件很难实现,而光栅则具有更高的精度,因此,本设计使用的的测角元件是圆光栅。本文以实验室某单轴转台为实验平台,研究提高伺服转台精度的关键技术:光栅信号细分、多读数头结构消除误差及离散重复控制器的设计和实现等相关问题。光栅信号的细分与辨向是提高光栅测量精度的关键性一步。论文首先给出了光栅的结构和工作原理,分析了光栅输出信号的正交性,这一特点是辨向电路所必须的。然后简要介绍了常见的光栅信号细分方法,并对这几种细分方法的特点进行了比较,选取了适合本系统的四细分方法。为了提高读数精度,论文研究了测量装置中的多读数头结构。首先从光学度盘的多读数头结构引入并分析了其消除误差的原理,然后根据圆光栅输出信号的不同,从两个方面分别说明了其多读数头结构消除误差的原理。由于工艺及其他方面的原因,实际系统中通常仅在对径位置上安置两个读数头,而如果读数头安装不对径,则会对读数值产生影响。为了验证双读数头结构在实际测角系统中的优越性,论文通过测试数据对单、双读数头结构的测角误差进行了分析比较。论文接着给出了转台控制系统的总体结构和工作原理,详细说明了硬件电路的设计及实现。本系统采用DSP来实现控制算法,并使用一片FPGA芯片完成了信号的细分、辨向、计数和锁存等功能。最后根据转台系统的数学模型和性能指标对控制系统进行了设计。首先根据性能指标的要求设计了超前校正控制器及滤波环节,并根据给定的采样时间得到了相应的数字控制器。为了更有效地抑制转台中频段周期性扰动,进一步提高速率精度,本文提出在超前校正控制器中添加重复控制器的设计方案,并对离散重复控制系统的设计问题进行了深入研究,合理选择了重复控制器的结构及参数,通过Simulink仿真及在实际系统中运行验证了设计的重复控制器与经典控制器相比能更有效的克服系统周期扰动。