为满足高端制造装备对直线电机系统提出的高速、高加速度和高精度等严苛指标需求,直线电机系统必须具备快速、精密和平稳的推力输出能力。高动态响应和高稳态精度的电流调控是推力输出品质的基本保障,而快速准确的推力波动抑制是实现平稳推力输出的关键所在,这就对控制系统的设计提出了苛刻要求。然而,高带宽的反馈控制对系统参数变化和各种复杂扰动的抑制性能有限,因此必须同时构建强扰动抑制策略。本文针对永磁直线同步电机(PMLSM)系统扰动抑制问题,以实现高品质推力输出为目标,分别从电气和机械两个子系统的角度出发展开扰动抑制方法研究。系统建模和模型参数辨识是后续控制器设计的基础,本文首先建立了考虑扰动时PMLSM电气和机械子系统的数学模型,并分别对其扰动特征进行了分析;研究了机械子系统动力学模型参数辨识方法并进行了参数辨识实验;在位置控制模式下,对推力波动进行了估计和特征分析;研究了两个子系统扰动的共性特征,并对扰动及其各阶导数进行扩张状态建模,建立了整个电机系统的扩张状态模型。电流调控品质直接决定了推力输出品质和外环稳定性及其可实现的性能,其设计非常关键。无差拍预测电流控制(DPCC)动态响应快,但其参数鲁棒性较差。为此,本文在对电气子系统扰动及其导数扩张状态建模下,分别研究了卡尔曼滤波器(KF)和考虑电流采样噪音下通用比例积分观测器(GPIO)的设计方法,以实现对扰动和下一时刻电流的估计,并利用估计值对传统的DPCC进行改进;分析了KF和GPIO性能与其参数的关系,并给出了简单易实施的参数整定策略。进一步,设计了参数时变实验,在电流闭环下对上述算法的有效性进行了实验验证并对其性能进行了对比分析,结果表明提出的算法有效提高了DPCC参数鲁棒性。直线电机定位力和线缆力等构成的推力波动直接影响了推力输出平稳性,进而降低了位置控制性能。基于观测器的推力波动估计和补偿方法轨迹适应性强,但对快速时变扰动估计性能有限,因此本文对此展开了深入研究。针对扩张状态建模下KF参数繁多且难整定的不足,研究了增量式建模下KF设计方法;为进一步降低参数整定和算法实现难度,研究了考虑位置测量噪音下的GPIO设计方法,以实现对机械子系统扰动的准确估计;同样分析了KF和GPIO性能与其参数的关系,并给出了简单易实施的参数整定策略。将上述方法下的扰动估计值前馈,设计了三自由度的位置控制系统,在不同速度下对上述算法的有效性进行了实验验证并进行了性能对比分析,结果表明所提观测器方法可有效提高轨迹跟踪精度。虽然上述基于观测器的方法轨迹适应性强,但却难以实现高速下的高精度扰动估计和补偿。针对PMLSM重复运动这一类特殊场合下的高精度位置控制问题,本文研究了一类分数阶迭代学习控制(ILC)的应用及参数频域整定问题,以期从提高控制性能的角度出发实现对推力波动的间接抑制。首先,给出了P+纯相位超前型ILC的参数频域整定方法,并进一步分析了比例增益的设计方法;分析了分数阶D~α型和PD~α型ILC的基本原理和不足,分别研究了分数阶D~α和PD~α+纯相位超前型ILC并给出了其参数频域整定方法;针对以上ILC算法的不足和参数难整定的问题,研究了一种分数阶相位超前补偿型ILC并给出了其参数频域整定方法,该ILC算法具有相位补偿灵活性高且分数阶算子有理化实现精度高的优势;最后在不同轨迹速度下对所提方法及其参数整定的有效性进行了实验验证,结果表明所提出的ILC算法可有效提高高速下的轨迹跟踪精度。本文所提扰动抑制方法可分别实现高动态响应、高稳态精度且强参数鲁棒性的电流内环设计和变轨迹、重复轨迹下的高性能推力波动抑制以及高精度运动控制,研究成果对高性能需求直线电机系统设计意义重大。