两自由度直线旋转电机（Two-degrees of freedom linear rotary motor,2-DOF LRM）能够替代多个单自由度电机实现直线、旋转或螺旋运动,具有集成度高、成本低、效率高的优点。在对该类电机广泛开展研究的同时,也对相应的髙集成度的控制系统研发提出了迫切的需求。日益成熟的现代EDA技术和FPGA/CPLD器件以其灵活的设计方式、并行的处理结构和良好的可移植性成为了2-DOF LRM控制器的集成化研究最佳选择,也是电机控制技术的热点方向。本文将以一种新型直线旋转电机作为控制对象,研究开发集成伺服控制器,主要从算法、软件和硬件三个层面进行协调优化设计。首先,基于两自由度直线旋转永磁电机的特点,建立2-DOF LRM电机数学模型,针对传统坐标旋转计算机（coordinate rotation digital computer,CORDIC）算法在相位旋转过程中,存在冗余迭代的问题,提出了旋转模式下跳跃迭代CORDIC算法,通过改变预选角度的选取方式,使每次迭代都能精确的查找最佳逼近角度,从而快速收敛,并对随之引起的模长因子结构变化进行了分析修正,保证迭代结果的精确性。通过MATLAB计算分析以及在CPLD算法实现验证,所提方法以32位输出为例,在计算正切值和正余弦值时,其平均迭代次数分别减少了67.91%和33%。其次,建立了2-DOF LRM直线驱动单元音圈电机及旋转驱动单元永磁同步电机控制方法;在此基础上,引入CORDIC算法对旋转驱动单元传统矢量控制算法进行改进,提出了基于极坐标系的矢量控制算法,使算法在解耦和调制输出环节均得到简化,也降低了硬件实现的复杂度,并在Simulink平台和CPLD实现验证了算法的正确性。软件方面,为了兼顾直线驱动单元和旋转驱动单元两部分算法,提出多路并行控制架构,两驱动单元在功能模块设计上相互嵌套复用,但在控制结构上独立并行。采用自顶向下的模块化设计思想把整个系统算法化分为CORDIC、坐标变换、PWM、PI、QEP、ADC等子模块,使用硬件描述语言对每个模块进行数字化软核设计,并利用仿真软件对必要模块进行功能仿真验证。硬件方面,设计了以单片CPLD实现直线旋转并行化伺服电机控制器,综合考虑直线旋转两路控制,重点对主控电路、电源电路、功率逆变电路、信号采样以及调理电路等进行优化设计。预留多路串行通信接口和数模转换接口以实现数据交互,并基于LABVIEW环境开发了上位机系统。最后搭建了系统测试平台,进行了控制系统性能以及样机推力、转矩测试,实现了直线单元电流环和位置环控制,旋转单元电流环的控制。