永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)作为直驱式传动机构的核心单元,具有高推力密度、高精度、高速度和快速的动态响应能力等特点,广泛应用在光刻机、高档数控机床等高端制造装备中。精密永磁直线同步电机控制系统通过调控电机电流的形式获得精确的输出推力,因此,电流环作为位置、速度和电流三闭环控制中的最内环,是连接控制单元与被控电机间的中枢环节,其品质的好坏直接决定了电机控制系统最终的技术指标。由于永磁直线同步电机输出推力包括有效的电磁推力和产生扰动的推力波动,因此在直线电机的高品质电流闭环系统中,调控电机电流的目的主要从两方面来考虑。一个方面是通过高性能的电流控制策略实现对电机输出的电磁推力进行精确控制。与普通的旋转电机相比,永磁直线同步电机的直驱工作模式、模型的强耦合性和参数不确定性分别对其电流闭环系统的带宽、解耦性和鲁棒性提出了极高要求,所以高性能的电流控制策略成为满足这些要求的必要条件。另一个方面是由于永磁直线同步电机结构的特殊性,端部和齿槽效应会使输出推力中附加较大的波动成分,因此要调节实际工作电流,补偿推力波动对应的等效电流成分,抑制推力波动带来的速度扰动。基于以上分析,针对永磁直线同步电机控制系统对高品质电流调控技术的迫切需求,在电流闭环控制中,开展电流控制策略和推力波动补偿方法两方面的研究工作。因为矩形永磁体结构永磁直线同步电机的推力波动含高次谐波成分,在通过控制方法补偿时,对控制系统带宽提出了极高指标需求,所以本文利用斜极优化方法,抑制推力波动中的高次谐波成分,并通过建立电机数学模型和系统动力学模型,为后续电流控制和推力波动补偿方法的研究奠定基础。首先基于永磁体等效磁化强度法,结合斜极等效分析模型和电枢开槽引起的气隙相对磁导分布函数,得到考虑极间漏磁的斜极有铁芯永磁直线同步电机气隙磁场,在此基础上,利用麦克斯韦张量法,获得直线电机电磁推力解析表达式,并分析直线电机产生推力波动的原因。然后对比分析矩形和斜极永磁体结构的永磁直线同步电机推力波动谐波含量,通过选取合理的永磁体倾斜长度,抑制推力波动中高次谐波成分。最后根据坐标变换原理,建立考虑参数变化的两相旋转坐标系下电机数学模型,并结合推力波动分析结果,推导含有推力波动的直线电机系统动力学模型。在电流控制方法中,针对预测电流控制在直线电机控制性能上的优越性,本文对该方法进行深入研究。对于预测电流控制中时延和参数变化问题,研究分别和同时解决这两个问题的两种高性能预测电流控制方法。首先,推导离散化电机数学模型,基于电压空间矢量控制方法,分析预测电流控制的工作原理。然后,在分别解决时延和参数变化问题的方法中,利用计算下一控制周期的电压参考指令,解决预测电流控制中的时延问题,并针对参考电压限制问题和预测控制带来的角度滞后问题,分别进行优化设计;分析参数变化对电流跟踪性能影响,通过建立扰动状态观测器,提高预测电流控制方法对参数变化的鲁棒性;通过前馈形式,将时延和参数不确定问题的补偿方法结合,得到基于扰动观测器的预测电流控制方法。最后,在同时解决时延和参数变化问题的方法中,通过对电机矢量进行重构,研究同时考虑时延和参数变化问题的高度集成化预测电流控制方法,提高电流控制器的适用性和简易性。在推力波动补偿方法中,针对斜极优化后以低次谐波为主要成分的推力波动,研究推力波动线性观测器,将观测出的波动值换算成等效补偿电流,以前馈的方式进一步抑制推力波动对系统的影响。首先将推力波动各谐波成分定义为状态变量中的部分子变量,结合系统动力学方程,建立观测系统状态方程。由于状态方程具有非线性,通过一阶最优线性化方法,构建推力波动的雅可比线性观测器。为便于数字化实现,利用均值化处理方法,建立雅可比线性观测器的离散化方程。为使推力波动观测值快速收敛于真实值,不影响系统稳定性,基于李雅普诺夫稳定性定理,推导出合理的观测器参数。将观测到的推力波动估算值以前馈形式注入到电流环中,抑制推力波动给系统带来的扰动。搭建气浮支撑结构的精密永磁直线同步电机系统实验平台,研究精确的推力波动测试方案;研制高性能全数字的驱动控制器,设计其关键硬件电路结构和软件工作流程;通过对提出的两种预测电流控制优化方法和推力波动补偿方法的实验研究,进一步验证理论分析的正确性和有效性。