永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine,PMSM)伺服系统已成为现代工业生产中不可或缺的一部分。但其作为一个多变量强耦合的非线性系统,在运行过程中时常会受环境的变化而导致参数的摄动,并且负载转矩的不确定性以及电机的未建模特性等非线性因素都会影响电机的稳定运行。因此对电机伺服系统在存在以上干扰的情况下的鲁棒算法研究具有重要的意义。本文基于滑模方法结合扰动观测器的方式对PMSM伺服系统的速度和位置实现跟踪控制,扰动观测器用于对系统的集总扰动在线估计,并实时补偿给滑模控制器以提高系统的鲁棒性,并通过数字仿真和dSPACE电机平台的实验验证。(1)系统性地阐述了电机伺服系统的发展现状,以及电机控制策略的国内外现状,分析了电机控制领域面临的挑战以及应对措施;简述了各种坐标系下的PMSM伺服系统数学模型的转换关系,并介绍了电机矢量控制原理和SVPWM调制策略。(2)针对PMSM伺服系统在速度跟踪中存在参数偏移和负载转矩不确定性的问题,提出了一种基于趋近律的PMSM终端滑模控制方法。首先,提出了一个可以动态适应系统状态变化的趋近律;其次,将参数偏移和负载转矩的不确定性视为集总扰动,并设计了滑模扰动观测器,实时观测集总扰动并补偿给控制器,同时,基于扰动观测器设计了粘滞摩擦系数和转动惯量的在线辨识方法,进一步降低系统的不确定性。最后,进行仿真和实验验证本策略的有效性。(3)针对PMSM伺服系统在位置跟踪中存在负载干扰的问题,提出了一种新型的混合二阶滑模控制策略。首先,将电机参数和负载转矩的不确定性视为集总扰动,设计了自适应扩展滑模扰动观测器来估计扰动;其次,提出了一种新的终端滑模函数,并设计了基于扰动补偿的二阶超螺旋控制器,其中,引入了超螺旋非线性切换项以削弱系统的抖动;然后,用数学方法验证了终端滑模面的收敛性和控制器的稳定性;最后,实验验证了该方法比传统滑模具有更快的响应时间和更强的抗干扰能力。(4)针对PMSM伺服系统在位置跟踪中存在负载干扰和参数漂移的问题,提出了一种新颖的分数阶滑模控制策略。具体来说,首先,将电机参数漂移、额外的未知扰动和负载转矩的不确定性视为集总扰动,并设计了一个非线性扰动观测器来估计集总扰动;其次,分别为电流环和位置-速度环设计了分数阶终端滑模面,并基于非线性扰动观测器分别设计了分数阶滑模控制器,其中,位置-速度环控制器中引入了二阶超螺旋项来减小系统抖动,并分析了所提出的分数阶滑模方法的稳定性;最后,仿真和实验验证了该策略的有效性。