本文以国家自然科学基金资助项目《直线伺服双位置环动态精密同步进给理论和实现方法研究(NO.50075057)》为背景，将非线性PID控制理论应用于电机的同步控制当中，给出了非线性PID控制器的设计方法，并且与传统线性PID控制下的控制系统做了比较，验证了该方法的有效性。 由于永磁直线同步电动机消除了旋转电机由旋转运动到直线运动的机械传动链的影响，且具有电磁推力强度高、损耗低、电气时间常数小、响应快等特点，使其在高精度、微进给伺服系统中成为执行机构的最佳选择之一。本项目首次提出了在诸如龙门移动式镗铣床等涉及高精度同步进给技术的现代加工设备中，采用永磁直线同步电机作为同步进给的驱动元件，以发挥其高速的动态响应能力，实现动态同步进给。 本文的创新之处在于，将传统的固定增益的PID控制器用非线性PID控制器来代替，并在此基础上，就一般控制系统的阶跃响应曲线，分析了在不同响应时间阶段PID的三个增益调节参数的理想变化情况，并根据这些理想变化，分别给出了比例、积分、微分增益参数的一种连续的非线性拟和函数。在分析双位置环时，仔细考虑了能使系统性能变坏的各种因素，如系统的动态性能及控制出入能量的大小等等。针对非线性控制器设计参数较多这个问题，本文将参数设计问题转化为一种优化设计问题，借助于寻优方法中最为有效的遗传算法，可以比较方便的找出符合设计要求的一组调节参数，来解决模型摄动和参数不确定性给系统带来的扰动，以保证系统的稳定性及鲁棒性。 所提出的控制方案有严格的理论基础，既保证了闭环系统的稳定性和快速的跟随性能，又抑制了模型摄动及外部干扰对系统的影响，提高了系统响应的快速性，保证了系统的鲁棒性能。由于非线性函数的变化特性基本符合参数的理想变化过程，因此非线性PID控制器能够克服超调量和快速性之间的矛盾，达到改善控制效果的目的。对应用了非线性PID控制器的系统的数字仿真也验证了所提方案是行之有效的。