间隙、摩擦等非线性特性和机械谐振是伺服系统的固有特性,这些特性严重影响了伺服系统的控制性能,对于大型精密伺服系统,影响则更加突出,因此对非线性因素和机械谐振等固有特性的补偿控制是伺服系统设计中要解决的关键问题。本文以大型精密雷达伺服系统为研究背景,针对伺服系统中存在的间隙、摩擦、机械谐振等固有特性,研究这些特性的补偿控制方法。文中首先研究单电机驱动伺服系统的间隙、摩擦补偿,然后讨论双电机驱动系统的机械谐振抑制问题,最后针对多电机驱动系统存在的非线性特性和不确定扰动,研究基于扩张状态观测器的自适应鲁棒补偿控制方法,并将其应用于雷达伺服系统。具体内容如下:(1)针对含间隙非线性的Wiener-Hammerstein伺服系统,提出一种新的由输出反馈和间隙动态逆补偿构成的复合控制方案。首先应用参数化分段线性表达式设计了系统的参数估计模型,并据此提出一种新的误差有界的间隙动态逆模型,该模型可通过调节参数缩短间隙中间状态的换向时间,使得驱动信号能在间隙的不同线性段之间快速过渡,从物理机理上补偿其对伺服系统的影响;设计了基于间隙动态逆和输出反馈的鲁棒补偿控制律,使系统在动态响应良好的同时满足稳态精度要求。仿真结果表明所提方法可有效克服由间隙带来的滞后误差,提高系统的跟踪精度。(2)针对伺服系统中存在的摩擦非线性,提出了一种基于改进LuGre模型的自适应动态面控制方法。采用连续的双曲正切函数改进了传统LuGre模型中的不连续项,并用高阶神经网络逼近系统中的未知非线性部分,在此基础上利用误差符号积分设计了自适应动态面控制器使系统达到渐近稳定。该控制器可有效抑制摩擦对伺服系统的影响,同时有效补偿了高阶神经网络近似误差和未知扰动。实验结果表明所提方法的控制误差更小,提高了速度和位置跟踪性能。(3)针对双电机驱动伺服系统含有多个谐振点的机械谐振抑制问题,提出了不同频段机械谐振采取不同策略的复合谐振抑制方法。建立了双电机驱动伺服系统四惯量模型;对低频谐振采取了基于扰动观测器的谐振补偿控制方案,设计了两种不同的扰动观测器,给出了补偿参数设计方法,分析了设计参数对谐振抑制的影响;对高频谐振采取基于陷波滤波器的抑制方法,给出了陷波滤波器的设计方法和滤波器参数调整规律。仿真结果表明文中所提设计方法能够发挥两种谐振补偿策略各自的优势,有效抑制机械谐振。(4)针对双电机驱动伺服系统中存在间隙、摩擦等非线性和未知扰动的问题,提出了一种基于扩张状态观测器的自适应鲁棒控制方法。首先对双电机驱动伺服系统中的齿隙、摩擦等非线性和未知扰动进行了分析,并将非线性和未知扰动视为总扰动,通过扩张状态观测器对总扰动进行观测,设计自适应律估计观测误差的上界,基于此设计了自适应鲁棒控制器,最后分析了系统的稳态性能和L_∞范数意义下暂态性能。仿真结果表明该方法能较好地抑制非线性特性和未知扰动对系统性能的影响。(5)在双电机驱动雷达伺服系统研究平台上,验证了基于扩张状态观测器的自适应鲁棒控制方法的有效性。实验结果表明文中所提方法对多电机驱动雷达伺服系统中存在的非线性特性和未知扰动的补偿效果良好,满足了雷达伺服系统的跟踪性能和稳态精度等要求,所提方法具有工程实用价值。