直流伺服电机由于具有能耗低、控制性能好、响应速度快等优点,已广泛应用于工业机器人、数控机床等众多实际控制系统中。同时,电机各部件普遍存在不确定性因素及其干扰,对其性能产生不利影响。如何减小外部负载扰动和参数变化的影响,现实直流伺服电机高速动态响应和高精度跟踪性能具有重要的意义。本文引入基于扩张状态观测器的主动扰动抑制方法,提出扰动主动补偿和鲁棒重复控制设计方法,提高系统的鲁棒性,实现对参考输入信号的高精度跟踪。本文研究工作主要包括如下三个方面:(1)基于线性自抗扰方法的直流电机伺服系统转速控制设计针对具有参数不确定性和外负载扰动的直流电机伺服系统,提出基于线性自抗扰控制方法的转速控制方法。首先,将不确定和外负载视为系统的总扰动,应用系统的传递函数,建立串级积分型状态空间模型,引入新的状态变量(即总扰动),构造扩张状态观测器,对系统的状态和总扰动进行实时估计,并构造扰动补偿器,建立伺服增广系统结构。在此基础上,应用小增益定理,获得闭环系统稳定的充分条件。然后,采用带宽参数优化技术对扩张状态观测器和状态反馈控制器进行分离设计。最后,通过与传统的PID控制方法进行仿真结果比较,说明所设计的直流电机伺服系统具有满意的扰动抑制性能。(2)基于改进型扩张状态观测器的直流电机伺服系统鲁棒控制设计针对具有非匹配扰动的直流电机伺服系统,提出基于改进型扩张状态观测器的扰动估计和补偿方法,消除不确定和外负载扰动对系统输出的影响。首先,针对一般形式的状态空间模型,该所有不确定因素和外负载干扰归纳为总扰动,并将总扰动视为系统新的状态变量,得到原系统的线性化增广状态空间模型。然后,构造改进型扩张状态观测器对系统的状态和总扰动进行估计,并采用变增益扰动补偿方法将扰动估计反馈到系统输入端,设计一种复合控制律,实现对总扰动的实时补偿和系统的镇定控制。论文给出了系统稳定性条件和控制器设计步骤。最后,通过与标准的扩张状态观测器控制方法进行仿真结果比较,显示了所提出的扰动估计和主动补偿方法的优越性。该方法不需要将直流电机表示成串级积分型,适用于一般状态空间模型。同时能够有效抑制非匹配扰动对系统输出的影响,从而推广了线性自抗扰方法的应用范围。(3)基于扰动补偿的直流电机伺服系统鲁棒重复控制设计针对具有周期性参考输入和外负载干扰的直流电机伺服系统,提出基于改进型扩张状态观测器的重复控制方法,同时提高系统的扰动抑制性能和跟踪性能。该系统可看作是一种结合了改进型扩张状态观测器和扰动补偿装置的重复控制系统,其设计过程主要分为两个阶段。首先,构造改进型扩张状态观测器估计系统各状态和总扰动,通过变增益扰动补偿器反馈总扰动估计并在系统的输出通道消除总扰动的影响,提高系统的抗干扰能力。然后,利用系统系统的状态估计构建反馈控制器,并设计重复控制器前馈补偿器,以稳定传统重复控制系统,在无非周期干扰的情况下提高系统的周期性跟踪性能。并给出系统的稳定性判据和两阶段设计过程。最后,仿真结果表明所设计方法的有效性。与传统PID控制、基于PID的重复控制、基于改进型扩张状态观测器的PID控制以及基于标准扩张状态观测器的重复控制方法相比,该方法可使直流电机伺服系统获得更好的抗干扰性能和跟踪性能。