运动控制系统是数控装备和机器人的核心部分，其性能直接决定了设备的整体性能。本文以运动控制系统的分析和设计过程为主线，着重从实施的角度论述运动控制系统的构件化设计、实时性分析以及优化设计的方法，为高效、可靠地设计运动控制系统提供有效的依据和解决方案。 现代运动控制系统朝着高速、高精、网络化、多功能以及开放式的趋势发展，软件规模也相应日益膨胀，传统基于代码的开发模式存在效率低、可靠性低等问题。本文借鉴基于构件的软件设计思想，将运动控制软件划分为由任务管理、运动控制和伺服控制三个构件组成，并分别对它们进行抽象的定义和描述，以及对构件的组成模块进行详细的分析、建模和设计。其中对加减速控制模块和位置伺服控制模块的原理、设计和实现过程进行详细的论述，并通过示例说明了构件化的运动控制系统设计方法在新应用设计方面的优势。 构件在部署阶段，需映射为实时内核的任务，因此需对其中决定运动控制系统性能的关键任务进行实时性分析，从而为系统在实施阶段选用或设计满足要求的调度方案提供依据。基于LQG和跳跃线性系统理论的计算方法无法得出系统的动态性能指标与任务的实时特性之间量化的对应关系，鉴于此，本文提出基于模型仿真测试的分析方法。该方法建立包括实时内核、伺服控制任务、性能指标计算模块和被控对象等组成的系统仿真测试模型。通过在模型中构造所需考察的实时特性，仿真测试得出各个性能指标(包括动态性能指标)与任务的实时特性之间量化的对应关系。 为了在有限的嵌入式硬件资源上得到更优的控制性能，应对系统实施实时性优化设计。动态调整任务参数的算法占用过多的运行时计算资源，不适用于小型嵌入式实时控制系统，本文提出基于向量空间的最优任务参数搜索的方法。该方法提供一种离线的任务参数优化选择方案，实用性和可操作性好，较在线动态调整方案更适用于资源缺乏的小型嵌入式系统。该方法的基本思想是在有限的周期和优先级向量空间中搜索使控制性能最优的任务参数组合。为了缩减搜索的次数，对一些任务参数相互之间的约束关系进行了论证。该方法所建立的仿真测试模型虚拟了系统的实时运行状况，使得仿真测试的结果已综合考虑了控制系统的功能性因素以及延迟、抖动等非功能性因素的影响，从而保证了搜索所得的结果具有更高的可信度和实用性。 为验证本文所论述的方法及相关结论，本文设计了基于SOPC的运动控制硬件平台，其主要特点是在FPGA的外部以高性能的浮点DSP代替SOPC普遍采用的内嵌式软核处理器。该结构既利用了SOPC的结构灵活、可快速重构等优势，又保证了足够的计算能力和精度，从而实现了一个开放式、可重构、高性能的运动控制硬件平台。本文最后分别从伺服控制任务的采样抖动、插补周期和伺服周期的优化组合、任务周期之间是否成整数倍关系三个方面对所设计的运动控制系统进行实验测试，进一步从实验的角度验证了本文的相关结论，从而证明了本文所论述的构件化运动控制系统设计、实时性分析以及优化设计的方法是可行而且高效的，这些对于提高我国运动控制系统的研发水平提供了有现实意义的参考方案。