永磁同步伺服系统广泛用于工业运动控制领域,这一领域负载转动惯量的变化时常发生。负载转动惯量变化可能劣化伺服系统的速度响应性能,严重时造成系统不稳定。本文以保证伺服系统具有良好且稳定的速度响应性能为目标,采用二自由度PID控制结构,研究伺服系统控制器设计方法。本文介绍了永磁同步电机在同步旋转坐标系上的数学模型和矢量控制基本原理,以此为基础设计速度控制器。首先考虑速度环延时,并根据二自由度PID控制的特点,基于PI结构采用灵敏度指标设计速度控制器PI参数。与经典控制中常用的Ⅰ型和Ⅱ型指标相比,灵敏度指标速度控制器使伺服系统的幅值裕度和相位裕度在转动惯量变化前后始终最大,系统的鲁棒稳定性最优。为了提升系统的跟随性能,在此基础上利用系统的闭环传递函数对速度前馈控制器进行了研究,前馈控制器的加入在保证系统鲁棒稳定性的前提下,提升了伺服系统的响应速度,使伺服系统实现了双优控制。结合速度环简化模型的闭环传递函数,并根据阻尼比和时域指标对灵敏度指标应用在二自由度速度控制上的优点进行了总结。在转动惯量变化前后,灵敏度指标速度控制器使系统具有较大的阻尼比,且闭环传递函数得到的单位阶跃响应曲线均无超调,具有最优的鲁棒稳定性。并在Matlab/Simulink平台上建立了永磁同步伺服系统速度二自由度双闭环调速模型,仿真结果验证了方法的有效性。最后,在实验平台上对本研究方法进行了验证,仿真和实验结果均表明灵敏度指标速度控制器使系统具有最优的鲁棒稳定性。同时随着前馈控制器的加入,系统的跟随性能也得到了提升,伺服系统实现了双优控制。