大型齿轮在风电、轮船和大型机械中具有广泛的应用。大型齿轮测量中心是实现齿轮综合精度测量、保证齿轮精度并提高这些装备性能的一项关键测量设备。大型齿轮测量存在测量范围广、负载变化大、误差补偿困难等问题,这些问题一直是齿轮测量仪器研究的难点,国内始终没有重大突破。本文针对大型齿轮测量中心研制过程中所遇到的主轴负载惯量变化导致控制性能变差的问题,进行方法研究和实验验证,为大型齿轮测量中心的控制和软件系统的完善奠定基础。本文对自主研制的大型齿轮测量中心T150(哈尔滨同和光学精密仪器有限公司提供)的机械结构和功能进行了介绍,在对高精度大负载主轴系统的电气和机械系统进行分析和简化的基础上,建立了主轴系统的传递函数模型;基于PMAC运动控制卡,设计并搭建了T150齿轮测量中心主轴的电气系统。在对系统在线辨识技术和PID控制器参数整定技术方法研究的基础上,针对T150主轴转动惯量变化大的特点,设计了基于最小二乘法的主轴系统传递函数在线辨识方案;在此基础上,运用粒子群优化算法计算PID控制参数,并对PMAC运动控制卡的PID控制器参数进行自动整定。最后,实验基于T150型齿轮测量中心,通过伺服系统位置环闭环阶跃响应实验对被控系统数学模型参数进行了基于最小二乘法的辨识计算。通过电机开环响应实验,运用最小二乘法系统辨识方法,验证了对被控系统辨识结果的有效性。在辨识结果的基础上,采用基于粒子群优化算法的PID参数整定方法对控制器参数进行了整定,并将整定结果设置到实际系统中并进行了实验验证。有效地实现了大型齿轮测量中心控制系统参数随主轴转动惯量变化而自动调整的功能。