本文针对某高转速、大惯量高精度速率伺服系统的转速跟踪性能提升问题进行了研究。主要工作包括：建立了伺服系统被控对象数学模型，分析了转速跟踪性能的影响因素，并针对其中的扰动力矩以及系统不确定性问题，设计了基于干扰观测器的鲁棒控制器，最后通过仿真验证了其有效性。首先，分析转速跟踪性能对于伺服系统精度指标的影响，并推导了被控对象数学模型，给出基于位置闭环的速率伺服系统性能的主要评价指标。其次，分析了扰动力矩对伺服系统转速跟踪性能的影响，给出基于传递函数以及基于范数的速率平稳性评价方法。再次，给出系统不确定因素的数学描述，基于参数灵敏度分析了各参数摄动对系统速率跟踪性能的影响效果，并通过仿真对比了各参数摄动对系统速率平稳性的影响效果，并据此指出了速率平稳性的主要影响参数。最后，建立了带有不确定性的系统控制模型，研究了基于干扰观测器的鲁棒控制设计。基于单自由度鲁棒控制器设计时，关于干扰力矩的加权函数的选取存在一定缺陷：或只适用于某一频率的干扰的抑制或引入极大的保守性。本文针对这一缺陷，采用基于干扰观测器的多回路鲁棒控制器设计，通过设计观测器内回路来抑制扰动，外回路保证系统跟踪性能的方法来提高系统速率平稳性并最终通过仿真了验证这种方法的有效性。