随着全球老龄化的加剧,以及劳动力成本的上升,使用工业机器人代替人力劳动已成为全球发展趋势。现阶段,机器人已被广泛应用在焊接、搬运、医疗、服务等领域。机器人关节主要由主运动控制器、电机及驱动系统、传感器、减速器等组成,其中影响机器人关节性能的一个关键组成是电机及驱动系统。经调研国内外研究现状知,大多数机器人关节采用的电机是步进电机和永磁同步电机。目前,随着控制理论的发展和应用需求的不断提升,各行业各领域对电机驱动系统的性能要求越来越高。本文首先针对现有步进电机驱动系统存在的抖振、低转速、带载能力弱、容易出现失步等缺点,围绕如何提高步进电机闭环驱动系统的高速带载能力和定位精度展开研究。其次针对现在的永磁交流伺服系统在轨迹运动控制场合响应速度不够快和定位精度不高的问题,本文围绕如何进一步提高永磁交流伺服驱动系统的动态响应速度和定位精度展开研究。本文首先对课题的研究背景与意义及国内外现有的步进电机闭环驱动系统和永磁交流伺服驱动系统的控制方法进行了阐述。其次,为了提高步进电机驱动系统的高速能力和带载能力,针对现有步进电机驱动系统存在的抖振、低转速、带载能力弱、容易出现失步等缺点,提出了一种基于混合控制器的高速重载闭环驱动方法,包括位置速度混合控制器设计和超前角前馈控制两个核心内容。为了提高永磁交流伺服驱动系统的动态响应速度,针对永磁交流伺服系统在轨迹运动控制场合存在的响应速度不够快和定位精度不高等问题,提出了一种电流预测控制方法;为了提高永磁交流伺服驱动系统的定位精度,引入一种负载力矩辨识算法,提出了一种基于预测控制的永磁同步电机负载力矩辨识及前馈补偿方法。然后,为了验证所提出方法的有效性,分别建立了 Simulink仿真模型、开发了驱动系统的软硬件、搭建了测试平台对驱动系统性能进行试验。最后,基于设计的仿真模型和测试平台,分别进行了算法验证。验证主要分两大内容:首先,针对步进电机闭环驱动系统,进行了驱动系统高速性能和带载能力的测试,由实验结果可知,与传统开环驱动系统相比,本文所提出的基于混合控制器的高速重载闭环驱动系统,在空载情况下,最高转速可以达到2000r/min,空载的高速运行速度提升约50%;在相同的运行速度下,其带载能力大于传统开环驱动系统,有效转矩能提升到保持转矩的81.25%以上;在同样的脉冲位置给定情况下施加同样的负载力矩,混合式闭环驱动系统具有更快的响应速度和定位精度。其次,针对永磁交流伺服驱动系统,通过速度控制、带载启动和负载扰动抑制性能的测试,由结果可知,基于预测控制的驱动系统,相比基于传统PI控制的驱动系统,具有更快的动态响应速度,且负载扰动变化时的恢复时间更短,加快了估算负载力矩的辨识速度。最后通过将估算负载力矩做前馈补偿,进一步提高了提高了驱动系统的速度响应和定位精度。