传统直线伺服系统多采用“滚轴丝杆+旋转电机”或“齿轮齿条+旋转电机”的驱动方式,传动精度受回程误差、机械变形等因素的制约,限制了伺服系统的控制精度。而直线电机伺服系统由于具有高速度、高动态响应、高精度、长行程及零传动性等优点被广泛运用于激光加工、增材制造及高档数控机床等高精密领域。永磁同步直线电机(Permanent Magnet Synchronous Linear Motor,PMSLM)驱动方式为欠阻尼直接驱动,负载扰动、摩擦力扰动以及其他未知扰动都会直接作用于电机的动子,严重影响了伺服系统的控制精度。因此,为了实现直线电机高精度定位,本文提出采用基于降阶状态观测器的自抗扰控制算法来对系统内外扰动进行抑制,提高伺服系统的控制精度。同时,作为控制系统的核心环节,电流环是直线电机伺服系统能否实现高精密控制的关键环节。但由于死区效应以及逆变器的非线性、参数失配等因素的影响,导致电流中含有各次谐波,从而使直线电机产生推力波动,造成加工部件表面粗糙,精度降低。因此对于直线伺服系统,既需要满足定位无超调,也需要对电流谐波进行抑制。文章的主体结构包括以下方面:1、建立了永磁同步直线电机在同步旋转坐标系下的数学模型。由于永磁同步直线电机具有强耦合、非线性以及多变量等特点,控制起来相当繁琐。为简化控制模型,针对永磁同步直线电机三闭环控制系统,建立基于同步旋转坐标系的PMSLM数学模型,推导出关于PMSLM的推力,电流,电压等变量之间的关系。将所得到的模型离散化,结合i_d=0的矢量控制方式,推导出PMSLM自抗扰控制模型,然后简要介绍自抗扰控制的三个组成部分。2、在线性自抗扰控制的基础上,构造了基于降阶状态观测器的二阶速度自抗扰系统,以实现直线伺服系统无超调定位。首先分析了线性自抗扰与非线性自抗扰之间的转化条件以及线性自抗扰的优点,用线性自抗扰替换非线性自抗扰。在此基础上,针对永磁同步直线电机在实现无超调定位过程中系统内外扰动会严重影响伺服控制系统的精度问题,采用线性自抗扰控制来对扰动进行抑制。同时由于高阶自抗扰控制器存在相位滞后的缺点,因此设计了降阶状态观测器以克服相位滞后并减少调节参数,减小系统参数敏感性。最后,引入改进差分进化算法对位置环PI参数寻优,相比差分进化算法,改进差分进化算法增加筛选阶段,取消了变异因子,减少了人工参数的数量,收敛速度更快,收敛精度更高。3、设计了位置-速度与电流环的双环控制系统,以达到降低电流谐波,减小稳态误差,实现无超调定位的目的。由于电流谐波的影响,在永磁同步直线电机伺服控制系统实现无超调定位后,电机存在抖振。因此,为了降低电流谐波含量,本文设计了一种基于降阶双环自抗扰的控制算法。首先,对电流环设计一阶非线性自抗扰控制器,由于跟踪微分器的滤波作用,一阶非线性自抗扰控制器比一阶线性自抗扰控制器的滤波效果更好。同时,对位置-速度环设计二阶线性自抗扰器,通过对扩张状态观测器降阶处理,能够增大增益系数的调节范围,增强系统的抗扰能力。最后证明了系统的稳定性。4、基于AD5435半实物仿真系统搭建了PMSLM实验控制平台,对不同扰动下的直线电机定位、谐波抑制以及推力波动等进行了对比实验。实验结果证明了本文方法具有更高的定位精度,更小的稳态误差,能够有效抑制电流谐波,减小推力波动。