随着产品质量与生产率要求的不断提高，越来越多的机械系统提出了高速、高精度的运动性能指标。这些指标给运动控制器的设计提出了更高要求。尤其是面向芯片封装的运动系统，由于芯片尺寸越来越小，行程越来越短，而且已面临极限工况，因此如何设计一个高性能的运动控制器以实现高速高精度运动至关重要。 本文以面向芯片封装的一类直线伺服原型系统——直线电机驱动的X-Y运动平台为研究对象，主要针对系统中存在的四种扰动因素：摩擦、外部扰动、模型摄动和延时扰动，重点研究、设计并实现具有强抗扰能力、强鲁棒性的高性能控制器，以使系统在高加速度工况下获得高精度的运动性能。 首先，针对影响系统性能的两大因素：摩擦力和外部扰动，提出了三种控制方案。一、提出基于LuGre动态模型的摩擦力补偿控制。本文通过引入参数自适应和状态观测器，以及离线拟合模型参数的方法，实现了基于LuGre模型的摩擦力补偿。实验结果表明，该摩擦力补偿方案能够大大减少动态跟踪误差和提高稳态定位精度。二、提出基于LuGre模型的摩擦补偿与干扰观测器相结合的控制方案。该方案中的摩擦补偿部分与前面提出的基于LuGre模型的摩擦补偿基本相同，只是状态观测器的设计稍有不同。另外，所有的摩擦力模型参数都采用了固定的估计值。干扰观测器的采用主要有两个目的：消除系统受到的外部扰动，以及进一步消除没有被摩擦补偿消除掉的摩擦力。实验结果很好地验证了该控制方案的有效性。三、针对干扰观测器(DOB)存在的问题，提出一种改进型干扰观测器结构(IDOB)。该结构原理简单、计算简便，而且提供了更多可供调节的参数，因此在一定程度上缓解了系统的抗干扰性能与稳定鲁棒性之间的矛盾。实验比较了IDOB和DOB。结果表明：IDOB具有更好的动静态性能。 然后，针对模型摄动、外部扰动和延时扰动，提出具有前馈控制的鲁棒内模控制结构，以同时提高系统的抗干扰性能和鲁棒性。该控制方案在速度环采用内模控制，主要消除扰动的影响；位置环采用鲁棒控制，以提高系统的稳定鲁棒性。另外，为了消除系统延时，并进一步提高系统的动态跟踪性能，还采用了零相误差跟踪前馈控制器。通过比较实验，验证了所提控制方案的各组成部分的性能。 最后，以同时提高系统响应速度、抗扰能力和鲁棒性为目的，提出了基于软变结构控制和延时控制的方案。通过连续配置系统极点逐渐远离虚轴，系统的响应越来越快。同时，采用延时控制消除系统的扰动，提高系统的抗扰鲁棒性。仿真和实验都证明了这种控制方案使得系统响应较快，而且还具有较强的抗扰性能和较高的定位精度。 为便于文中所提控制方案的实现与实验研究，本文还编制了一套高速高精运动平台测控软件(MotionEyes)，该软件已获得软件著作权。MotionEyes包括两部分：上层界面程序，由VC++编制。主要完成用户参数设置、状态显示和结果显示等任务；底层控制程序，基于RTX实时系统开发，主要负责完成采样、控制、状态检测等实时性要求比较高的任务。 基于MotionEyes软件平台，本文所提出的各种控制方案在X-Y运动平台上得以实现。通过大量的实验研究与分析，充分验证了各种控制方案的优良性能(平台实现了5-6G加速度，±2μm定位精度的往复运动)。 本文的研究成果为后继高速高精运动控制的深入研究，奠定了基础，提供了参考。