本发明涉及张力控制领域，具体地，涉及一种高精度张力控制系统及控制方法，包括上位机控制系统、张力控制伺服驱动器、主轴伺服驱动器、主轴电机、张力传感器和收/放卷轴电机，述张力控制伺服驱动器包括卷径滤波模块、层厚补偿模块、卷径PI调节模块和卷径评估模块，所述卷径滤波模块、层厚补偿模块和卷径PI调节模块分别输出卷径滤波信号和层厚补偿信号及需要增加的卷径值至卷径评估模块进行卷径评估，最终得到电子齿轮比。本发明的张力控制系统及控制方法增加卷径评估功能，用于精确计算出材料的卷径，同时，弱化张力调节器的控制能力，极大地减小了张力波动范围，提高了张力控制的稳定性。