随着先进制造业的竞争日益激烈以及集成电路半导体等新兴产业的快速发展,精密加工与制造需求旺盛,并对运动控制系统的精度提出了更高的要求。以直线电机为代表的直驱系统因取消了中间传动机构,更能实现高精度的跟踪控制,在精密运动控制系统中得到了广泛研究和应用。本文围绕直线电机运动控制系统中的摩擦补偿和输出反馈问题进行了研究,针对系统的参数变化、建模误差和外部扰动等不确定性设计控制器,并结合仿真和实验验证控制效果。首先,引入摩擦的微观机理,对摩擦力的非线性动态过程和相关特性进行了阐述和分析;针对基于摩擦模型的补偿方法对比了常用的静态与动态摩擦模型,并选择LuGre摩擦模型用于后续的补偿控制;随后建立了直线电机系统的动力学模型,并给出了LuGre模型参数辨识的具体手段。其次,针对系统中的参数变化、建模误差和外部扰动等不确定性,基于反步法分别设计了自适应和鲁棒控制器,进而引出了对两者有效结合的自适应鲁棒控制策略,并基于LuGre动态摩擦模型构建了自适应鲁棒控制器,通过仿真实验对其控制效果进行了验证。再次,针对系统部分状态不可测的问题,引入了扩张状态观测器,实现对速度的估计和扰动的补偿,通过将扩张状态观测器的扰动补偿结合到自适应鲁棒控制中,在保证原有性能的基础上进一步提高了系统的鲁棒性;在速度不可测时,使用扩张状态观测器同时估计速度和扰动,并结合参数自适应设计控制器,实现了良好的控制效果;然后将LuGre摩擦模型加入系统,进一步提升了系统的跟踪控制性能,并通过仿真实验进行了验证。最后搭建直线电机实验平台并进行实验分析,验证了控制方法的跟踪性能与有效性。实验结果表明,采用LuGre摩擦模型进行补偿有效提高了系统的跟踪精度,结合自适应鲁棒控制策略实现了出色的控制性能,通过扩张状态观测器实现了对速度状态的可靠估计以及扰动的有效补偿。