随着交流伺服技术、电力电子技术以及控制理论的发展，以永磁同步电机为执行元件的直接驱动伺服系统逐渐成为高端伺服的主流。直接驱动系统去掉了驱动电机与负载间的减速传动机构，使传动精度和传动机构刚性得到大幅提高，从而使伺服系统具有较高的定位精度和较快的动态响应；但由于直接驱动电机直接承受大范围变化的负载转矩和转动惯量，这对伺服系统的抗扰动和适应性能提出了极高的要求。本文以直接驱动永磁同步电机为控制对象，设计并搭建直接驱动伺服系统实验平台，根据永磁同步电机的非线性特性和直接驱动场合的特殊要求选择非线性控制——反步控制实现伺服系统的转速跟踪控制。文中还依据经典控制理论设计线性控制器——PI控制器用于伺服系统的仿真与实验，以对比非线性控制和线性控制的综合性能。仿真结果表明，反步控制能精确、快速地实现转速、电流跟踪且具有较小的超调，负载转矩或转动惯量变化对转速跟踪的影响有限，综合性能要优于PI控制。在实验平台中，由于负载转矩和转动惯量是未知的，所以在反步控制中加入负载转矩和转动惯量辨识机构，即采用反步自适应控制。仿真结果表明，反步自适应控制能较好地对负载转矩和转动惯量进行估计，十分接近反步控制的控制效果。实验结果表明，反步自适应控制能准确地估计出负载转矩，能精确、快速地实现转速跟踪且具有较小的超调，负载转矩或转动惯量变化对转速跟踪影响有限，转速跟踪性能要优于PI控制。由于反步自适应控制器并没有对电气参数进行在线估计且没有积分环节，造成电流跟踪存在较小的稳态误差；另外，负载转矩的变化会对转动惯量的估计产生影响，但并没有对转速跟踪性能产生明显影响。