论文结合三轴精密测试转台,对高精度伺服系统设计中的非线性问题进行了深入的研究.该三轴转台主要用于惯导用惯性平台和惯性仪表的性能测试和鉴定,对位置精度和低速时速率的平稳性有很高的要求.论文分析了高精度系统的设计要求,指出由于带宽的限制,系统的扰动抑制能力也有一个限制,常规的PD控制只能达到0.01°/N·m的性能极限,只能满足中等精度的要求,要做到0.0001°的精度指标需要采用特殊的相位滞后校正或者采用Ⅲ型系统.文中给出了具有最佳扰动抑制性能的Ⅱ型和Ⅲ型系统的设计.但是无论是高增益的Ⅱ型系统或是Ⅲ型系统都是条件稳定系统.另一方面高精度系统的线性范围是很窄的,很容易进入饱和,所以如果是条件稳定系统,在受到较大扰动时就会不稳定,也无法投入工作.文中提出利用运算放大器的饱和非线性来解决这个条件稳定问题,也给出了Ⅱ型系统和Ⅲ型系统的不同的解决方案.这种利用运算放大器饱和的非线性校正系统设计的一个主要问题是增益分配,文中还给出了系统中各环节的增益分配原则.论文进一步从理论上对这种具有多个饱和非线性的系统进行了分析.饱和非线性是由几个线性段组成的,属于分段线性系统.根据分段线性系统的概念,可以将状态空间分成多个线性区域,各线性子空间通过超平面互相衔接,这样就可以用状态空间法来对这种具有多个非线性的系统进行分析.论文结合饱和非线性的特点,进一步采用投影的办法,将状态轨迹束投影到二维平面上来进行研究.由于状态空间法将定量的计算与定性的分析相结合,所以可以清楚地分析设计参数对系统稳定性的影响,为多非线性的系统提供了一种新的设计和分析途径.对高精度伺服系统来说,影响定位精度和速率平稳性的一个主要因素是摩擦.由于三轴转台的驱动系统选用的是无刷电机,轴承则采用的是气浮轴承,轴系上的摩擦力已大大降低,三轴转台上的摩擦主要是滑环轴上金属对金属的摩擦,所以文中选用"库仑+粘滞+静摩擦"的摩擦模型来进行分析.文中采用状态空间法对由于摩擦引起的滞-滑自振荡进行分析,根据θ(角度)正半轴绕原点一周后对其自身的映射关系来判定自振荡.文中还给出了能反映静摩擦特性的Simulink摩擦模型的模块,可以弥补MATLAB中的非线性模块的不足.文中还对伺服系统的低速爬行进行了仿真研究,给出了出现爬行的最低速率与静摩擦的关系.