围绕激光跟踪仪的跟踪精度与响应速度这个中心，逐步展开对激光跟踪仪的应用与研究现状、测量原理、系统建模、控制系统设计和误差分析的探讨。国防工业和民用企业制造业要向高精密度和高效率的生产方向发展，必须依赖高精度、实时性、智能化的测量仪器，传统测量仪器不能满足高效与高精的要求。激光跟踪仪是一种新型的三维坐标测量仪，测量效率高，可以自标定，精度可达微米级。基于球坐标法可实现单机测量，基于三角法和多路法可实现联机测量。其应用前景广阔，所以研究极具意义。本文对激光跟踪仪的随动部分——激光跟踪头的工作原理进行了阐述，解析了系统驱动电机、反射镜和传感器的工作原理，建立了系统模型，并设计了光电编码器和光电探测器的接口电路。设计了基于PID控制的电流-速度-位置环的伺服控制系统，并验证了系统的跟踪性能。试验表明在远端点设计的位置环控制器，当测距逐步减小时系统动态性能变差，调节时间加长。这表明该控制器不能保证系统在全程测距范围都有较好的动稳态性能，推导证明系统响应特性与测距长度L相关。因此进一步研究了智能控制在该系统中的应用。鉴于模糊控制算法具有万能逼近特性，对被控系统的参数变化或非线性因素表现不敏感，因此重点研究了模糊控制与PID算法的结合应用。设计了模糊控制律，分别做了模糊PID开关切换，模糊PID软切换和模糊自整定PID参数控制。验证表明在后两种控制策略下，伺服系统在全程测量范围可实现保精度快速无超调响应。另外，建立了激光跟踪头水平轴系和方位轴系径向振动的数学模型，分别分析了轴振对跟踪精度和测距精度的影响。分析表明高精密度轴的轻微振动对目标靶镜跟踪精度影响很小，不会影响到干涉测距；对测距精度的影响更小，可达纳米级别。最后总结本文并对需要进一步研究的问题进行了阐述。