随着钻井需求向深地层和深海地层的发展,开采难度不断增大,对钻井水平的要求也不断增加。目前,顶驱系统以其高效、稳定、安全等优点,已经被广泛应用于钻井作业中,然而在顶驱电机驱动下,井下钻头不可避免会产生粘滑振动,而粘滑振动不但会延长完井时间、缩短钻具寿命,还可能引发重大的安全事故。因此,为了防止钻机旋转系统出现粘滑振动现象,为了保障钻进效率,保护钻具设备,维护系统稳定,设计一套“软扭矩控制系统”十分重要。本文以钻机旋转系统为研究对象,首先,研究软扭矩控制系统的工作原理与流程,提出了软扭矩控制系统整体方案,并给出软扭矩系统控制方框图。其次,建立了系统中顶驱电机的数学模型,对目前使用的直接转矩控制系统进行研究,针对直接转矩控制系统的缺陷提出采用空间矢量脉宽调制技术(SVPWM),并对其进行了仿真分析。另外,通过对钻柱系统分析,建立了钻柱系统模型,并与顶驱电机系统联立,搭建了钻机旋转系统模型,仿真分析了在直接转矩控制系统下,粘滑振动的产生情况。最后,根据钻机旋转系统特性,分别设计了PID控制器、滑模变结构控制器和一阶积分滑模自适应控制器,在系统参数慢时变情况下,对比不同控制器的控制效果,验证了软扭矩控制系统的有效性。