对于传统的工矿电力机车,直流串励电动机常被用来作为牵引电机,直流串励电动机通常采用串电阻调速或者斩波调速。近些年,三相异步电动机作为工矿电力机车的牵引电机在矿山有所应用,但异步电动机功率密度不高给工矿电力机车在空间设计时造成了困难,在维护时增加了难度,另外其功率因数低。由于永磁同步电机结构简单、效率高、功率密度高、安全性能好、系统可靠等特点非常适合于矿山企业对安全高效、环保和节能的要求,基于永磁同步电机的驱动系统必将在矿山牵引行业具有广阔的应用前景。本文根据工矿电力机车负载重且变化频繁、环境恶劣等特点,具体研究了以永磁同步电机为核心的驱动系统,围绕工矿电力机车运行过程中存在的关键问题,研究工作主要包括以下几个方面:（1）对于工矿电力机车的永磁同步电机驱动系统运行过程中,负载的波动会引起工矿电力机车的速度振荡,从而使得电机车的减速箱等机械结构的损坏机率大大的增加。本文研究了将滑模变结构控制与干扰观测器相结合的控制方法,利用基于指数趋近律的滑模控制器进一步提高电机驱动系统静态和动态跟踪性能,通过基于干扰观测器的反馈控制器来补偿负载干扰。针对滑模控制的抖振及调节时间过长问题,采用互补滑模变结构控制与干扰观测器相结合的控制方法,利用Sg和Sc相结合的互补滑模变结构控制器实现电机系统动、静态跟踪性能,抑制抖动,削弱超调等功能,通过基于干扰观测器的反馈控制器以补偿为系统速度测量的干扰、电流测量的干扰及负载变化的干扰,从而提高系统的快速响应和鲁棒性。（2）由于工矿电力机车运行现场环境的雾气,灰尘和振动等恶劣条件,速度传感器容易损坏;本文中永磁同步电机的负载变化很频繁,母线电压波动大,普通的观测转子位置方法观测的位置不准确。对此,本文采用高频注入法得到永磁同步电机的初始位置,然后采用干扰观测器得到估计速度,对速度进行积分得到永磁同步电机在运行时的转子位置。设计了一种新型线性矩阵不等式（LMI）干扰观测器结构,然后提出一种将LMI干扰观测器与反推控制相结合的控制方法,即根据永磁同步电机定子q轴电流i_q*,在反推控制结构中引入干扰观测器重构的状态变量。通过线性矩阵不等式（LMI）计算出观测器增益,然后估算出永磁同步电机电流i_d与i_q、转速、测量干扰d₁与d₂,在获悉干扰观测器的估计值之后,遵照反推控制策略,对电流控制器与速度控制器分别进行了设计。（3）针对工矿电力机车制动过程中产生丰富可观的再生制动能量的问题,对工矿电力机车的制动进行了数学分析,构建起电力机车能量回馈系统的数学模型。根据数学模型得到电力机车在制动时储能系统和能量回馈系统的瞬时吸收参考功率。通过对瞬时功率的跟踪控制来调节电力机车制动能量在储能单元与能量回馈单元之间的吸收功率比例,本文对再生制动能量提出了基于储能和能量回馈相结合系统的能量优化分配方案。通过大量的试验和现场工程应用表明,提出的基于干扰观测器的互补滑模控制,对负载的波动会引起工矿电力机车的速度振荡具有很好的抑制作用。工矿电力机车的系统结构更加合理,可靠更加高,机械冲击得到有效的减小,极大降低了机械磨损,工矿电力机车的安全性得到了提高,维护工作量大大降低。提出的基于干扰观测器的反推控制的估计与实际速度吻合度很好,有效解决了工矿电力机车采用永磁同步电动机驱动系统采用速度传感器所带来的问题。工矿电力机车制动过程中产生丰富可观的再生回馈能量,采用改进型控制策略的优化分配方案后,引起母线电压波动和再生制动能量回收率均在正常范围内。有效了克服储能装置能量密度低和能馈系统的抗冲击功率能量弱的缺陷,工矿电力机车的消耗的电能大大的减小。