核反应堆压力容器顶盖劣化或失效主要表现为顶盖贯穿件“J”焊缝产生腐蚀裂纹,裂纹的存在及扩展将破坏压力容器结构完整性,威胁到人类的核安全。为提高反应堆系统的安全裕度,规避顶盖缺陷导致的严重后果,本文根据设计任务提出一种执行机构携带探头完成反应堆压力容器顶盖贯穿件部位缺陷检查。介于顶盖的强辐射环境以及复杂的空间形状,明确被检对象特点,确定贯穿件检测装置的设计任务。提出了扫描动作的检测原理,并开展贯穿件检测装置结构设计,针对被检对象表面变化及贯穿件轴心偏置问题,采取探头与被检表面柔顺对接策略;分析运动副的驱动力矩为控制系统奠定基础。结合检测任务设计控制系统布局,分别对控制系统运动控制的软、硬件方案进行设计。按照控制硬件方案进行硬件选型和急停功能设计。研究基于CANopen总线通讯的电机运动伺服控制,建立电机位置及速度模式的控制指令流程及子程序功能块。根据检测原理调用电机运动子程序设计顶盖侧和管壁侧的检查程序,为提高系统安全性设计通讯保护程序。为提高探头跟随顶盖侧高低起伏的空间相贯线检测过程中交互接触的柔顺性,设计探头压力跟踪滑模控制系统,根据Lyapunov理论验证系统稳定性,并仿真验证所设计压力跟踪滑膜控制效果。针对检测装置旋转副中空结构的空间不足问题和功率需求,旋转副采用双电机电流环主从跟随方式同步驱动负载。根据电机与传动机构的特性与参数、建立电机模型并验证其正确性。根据实际负载建立前馈控制和PI控制的双电机同步控制的电流环、速度环和位置环控制模型。为实现双电机平稳共同驱动同一负载,通过仿真确定电机三环的PI控制器及前馈增益参数。搭建双电机主从跟随试验平台,对电机控制系统三环仿真参数进行试验分析及优化,优化后最终位置精度满足重复定位精度不超过±2mm要求。通过对比单电机与双电机同步驱动的实时电流,验证了主从电机跟随效果良好。搭建模拟体试验平台,试验探头检测轨迹过程,验证检测机构扫查运动的可靠性。应用Win CC软件建立上位机组态界面,进行急停、通讯保护和增量位置信号输出等基本功能的验证。