伺服驱动系统是工业自动化最为重要的控制和执行机构之一,在数控机床、机器人、航天军事等领域得到广泛应用。近年来,国产伺服技术研发水平不断提高,其市场占有率增长迅速。伺服驱动越来越多需要响应机械的需求,如弹性连接、间隙、机器安全等等,这些问题所带来的技术难点目前仍然处于探索阶段,国内外商用伺服相应技术的研究均缺乏亮点。本论文针对驱动系统结构不确定及机械参数未知、机械谐振引起的安全性、间隙非线性等问题展开关键技术的研究,从而为研发更高性能伺服驱动产品提供新的理论与实践探索,对实现国产伺服技术的赶超及引领具有重要意义。具体研究内容包括:首先,针对伺服驱动系统机械参数未知及结构不确定问题,本论文利用最小二乘技术辨识系统机械参数,并提出基于评价函数的系统结构辨识方法,从而实现伺服驱动系统机械参数与结构的双重辨识。分别建立单惯量与双惯量系统结构模型,根据最小二乘原理,辨识系统中惯量、阻尼、刚度等机械参数。然后,假定系统为双惯量结构,依据电机本体惯量的辨识结果建立评价函数,并确定负载系统结构,从而实现系统机械参数与结构的双重辨识,并为后续关键技术的研究提供准确的系统模型。然后,以双惯量弹性系统模型为被控对象,依次研究比例积分(Proportional integral,PI)控制、模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)以及显示模型预测(Explicit Model Predictive Control,EMPC)-比例积分切换控制,从而抑制系统机械谐振并实现轴矩限幅控制。首先依据相同阻尼系数的极点配置法整定PI控制器参数,但有限的极点配置范围使得该方法并不能有效抑制机械谐振现象。在此基础上,研究MPC控制器并简化为半离线半在线计算的EMPC。为了拓展算法在伺服产品中的应用范围,首次提出EMPC-PI切换控制方法,以速度误差滞环作为切换条件,经实验验证,该算法在抑制机械谐振、实现轴矩限幅的同时,兼顾快速的动态响应。进一步,当传动装置中含有齿轮或者滚珠丝杠等部件时,会为系统引入间隙非线性。本文在速度环下分析间隙机理,并提出自适应轴矩补偿策略,从而抑制间隙。首先将间隙非线性建模为死区,并利用描述函数法对其进行机理分析,表明间隙的存在会等效降低轴刚度,同时降低系统谐振频率并加剧振荡幅值。然后,提出一种自适应轴矩补偿算法,通过反馈与补偿参数的设计,使系统等效为单惯量刚性系统,从而抑制间隙引起的振荡,并实现轴矩限幅控制。进一步结合负载惯量辨识技术来提高算法的自适应性。最后,将间隙在速度环的研究拓展到位置环,针对全闭环系统中的极限环振荡现象进行机理分析并提出抑制措施。利用描述函数法结合Nyquist稳定判据推导极限环频率表达式,并分析系统机械参数对极限环特性的影响。为了抑制极限环振荡,采用基于极点配置的线性状态反馈控制手段,将系统等效补偿为单惯量刚性系统,从而抑制极限环振荡。最终,实验结果证明所提出方法能够在不同工况下有效抑制极限环振荡。