随着伺服技术的高速发展,单电机伺服系统对于高功率大惯量伺服系统而言已越来越难以满足其需求。因此采用多电机伺服系统来驱动大惯量负载是现今伺服系统的重点研究和发展方向。但是,如何设计控制器保证系统的跟踪性能,如何使得多电机实现快速同步以及减小系统的能耗是多电机伺服系统的技术难点。另外传统的控制器设计方案为“抛过墙”式的设计,即先设计机械结构部分再设计控制结构部分,这样必然会导致机械部分与控制部分不匹配,使系统的跟踪性能、同步性能和能耗无法达到最优。因此本文以四电机伺服系统为研究对象,重点研究了四电机伺服系统控制参数与结构参数一体化的设计方法。本文的主要研究内容和成果如下:(1)针对四电机伺服系统的齿隙非线性,使用死区函数作为其模型,并以此为基础建立了含齿隙的四电机伺服系统的数学模型。设计了PID控制器以及定常偏置力矩实现负载跟踪,并通过仿真结果分析了将系统的结构参数和控制参数分开设计所带来的缺陷。(2)研究了基于加权求和多目标优化的四电机伺服系统结构/控制一体化。采用由德尔菲法确定权值的方法对四电机伺服系统的跟踪性能、同步性能和能耗三个目标函数进行加权求和,削减其数量,使用改进的和声搜索算法对跟踪控制器的PI控制参数、角度差偏置力矩参数以及同步控制器的PI控制参数和结构中的齿隙参数进行一体化设计。仿真结果表明该方法可以得到性能良好的一个最优解。(3)针对采用德菲尔法确定权重的主观性以及加权求和法带来的单个最优解问题,引入Pareto最优概念,使用基于Pareto概念的改进NSGA2算法对跟踪控制器的参数、偏置力矩参数以及同步控制器参数和结构参数进行一体化设计,得到Pareto最优解集。并使用决策技术选取最为符合需求的唯一最优解。仿真结果显示该方法十分有效。(4)针对四电机伺服系统状态不可测且非线性未知的问题,设计了基于扩张状态观测器的滑模和反步控制器,实现了四电机系统的精确负载跟踪。并在设计控制器的基础上利用多目标优化算法对结构参数和控制参数同时寻优,实现四电机伺服系统的结构/控制一体化设计。