应用于空间领域的二维伺服系统,要求具有更高的控制精度、更快的响应速度和更强的抗干扰能力。本文设计并实现了一套高精度的二维伺服系统,并结合仿真和实验,研究了低速高精度控制的几点关键技术,旨在提高其动态和静态性能。本文的主要研究内容如下:首先介绍了二维伺服系统的空间应用和典型载荷,阐述了相关关键技术的研究现状;然后介绍了伺服系统的组成、原理和典型控制算法;选择永磁同步电机作为执行电机,感应同步器和光电编码器分别作为方位轴和俯仰轴的角度传感器,DSP(TMS320F2812)作为主控制器;最后介绍了系统详细设计与实现,包括二维机构设计、驱动控制电路设计、算法软件设计和上位机测控终端设计等。关键技术研究:针对伺服系统经典仿真模型的不足,搭建了离散和连续混合的新型模型,对其作了仿真和验证;针对低速时速度测量噪声大的问题,研究了卡尔曼滤波测速的稳态和动态性能,并在俯仰轴上作了验证;针对齿槽转矩引起的速度周期性波动,提出了一种基于速度环的补偿方法,并在方位轴上作了验证;针对单粒子翻转对DSP程序存储器的影响,提出了通过串口在线更新Flash程序的方法。主要创新点有:1)搭建了伺服系统新型仿真模型,考虑了测量噪声、非线性摩擦、离散和连续混合等因素,其主要仿真指标更接近真实系统,对伺服系统的设计和调试具有重要的指导意义;2)利用电流等参数估算出加速度,作为卡尔曼滤波的控制输入,弥补了传统卡尔曼滤波器控制量为零的不足。俯仰轴0.1°/s速度稳定度,由±2.5%提高到±1.3%;速度环带宽由30Hz扩展到100Hz;3)根据当前转子位置,实时计算出补偿量,叠加在速度控制器的误差输入端,让补偿量和误差相互抵消,从而减弱齿槽转矩引起的速度波动。方位轴0.1°/s速度稳定度,由±5%提高到±3.7%;4)实现了利用串口独立、远程更新用户程序的方法,有望提高DSP的空间可靠性和灵活性。文章的最后,针对本文的结论和不足,对今后的研究方向提出了几点建议。