在类似曲面电路共形打印或机械臂关节的应用场景中,装置了球形电机和其他运动机构的级联系统能完成高精度的多自由度协调运动工作。为此需要针对性地设计运动控制器,以达到所需要的运动精度要求,且能够处理球形电机复杂的非线性和模型不确定性扰动。本文首先提出了一种鲁棒的非线性控制方法,该方法可精确地操纵与其他运动平台协同工作的球形电机的姿态,以执行用于机器人和制造工艺中所需的6自由度级联运动。通过建立球形电机在运动平台中的动力学数学模型,提出了一种基于模型的控制方法,该方法采用了前馈补偿的终端滑模控制律,同时考虑模型的不准确性,用于存在运动平台引起的扰动情况下进行多自由度姿态轨迹跟踪。已在球形电机和XY移动平台组成的级联多自由度运动系统上完成实验,实验结果验证了所提出的控制方法的有效性。并在实验中将其与常规控制方法进行了比较,研究了该控制方法降低跟踪误差和减少抖振的能力。结果表明,在运动平台中运行的球形电机的平均跟踪误差可以小于0.07°（在3自由度中）。另外,本文提出了一种用于球形电机线性化模型的鲁棒LQG控制方法,可以在更一般的硬件配置上实现。该方法提升了存在模型误差扰动时的系统鲁棒性,使其不仅具有最优的（?）2控制性能,同时具有（?）∞控制性能。同样地,通过实验验证了该方法的可行性和有效性,与经典LQG控制比较,其明显具有更佳的抑制扰动能力和控制性能。