近年来,随着社会的进步和信息化程度的提升,人们对伺服系统的需求不断加大,满足上述需求的关键点之一在于提升伺服控制系统性能,所以加大对伺服控制系统的研究具有重要实用价值。而一般的研究及高校人员在对伺服控制系统进行研究及实验教学时普遍存在缺乏有效的伺服控制实验平台、现有的实验平台接口通用性差等现实问题,这些客观因素严重限制了研究及教学人员的热情;同时,工程应用领域也存在缺乏具备算法设计及快速验证功能的伺服控制设计软件平台。本课题主要针对伺服控制实验平台及伺服控制设计软件较为缺乏的问题,参照伺服系统的一般性控制结构框架,自主设计了伺服控制实验平台,以便为伺服控制的研究、教学以及工程应用提供一个实用的实验验证平台。首先,本文在分析伺服系统的一般性控制结构框架的基础上,自主设计并搭建了基于二自由度云台的伺服控制实验硬件平台。其中,二自由度云台可用于多轴协调控制的研究;伺服控制单元采用上下位机结构的设计,使实时性强的嵌入式底层控制单元和运算及交互功能强的上位机控制单元相结合,实现优势互补;伺服检测单元包含了轴角检测单元和视觉检测单元,便于满足不同控制方案的需求。然后,本文设计了实验平台的软件部分,主要从嵌入式软件、视觉检测软件、伺服控制设计软件三个模块进行设计。其中,嵌入式软件主要完成伺服底层的闭环控制和与伺服控制设计软件的通信交互;视觉检测软件主要以实现利用视觉检测激光斑点中心位置坐标为目的;伺服控制设计软件是在参考了大量伺服系统控制设计案例后,制定出一套较为规范完善的伺服控制设计流程并实现的产物,便于控制算法的设计及快速验证。最后,本文在前文所搭建实验平台的基础上,选取部分伺服算法进行研究和改进,提出了双轴双闭环的控制方案。以本实验平台为实际对象,对系统存在的死区非线性进行补偿;对角度内环进行被控对象的模型辨识和控制器设计及快速验证,提出了基于频域指标折算的带隔离度约束PD控制器设计方法,并与基于扩展LQR的输出反馈控制器设计方法进行对比;针对内、外环采样率不一致的问题,提出了基于零阶保持器的双采样率设计方法;对视觉外环进行被控对象的模型辨识和控制器设计及快速验证;提出了基于频域指标折算的带隔离度约束PI控制器设计方法;此部分验证了该平台设计的合理性,为后续将在此实验平台上研究的算法及软件移植至其他伺服系统提供理论和数据支持。