高性能运动控制系统是众多重大装备的基础功能部件和核心子系统,被广泛应用于高端控制工程场合。传统运动控制方法在精细化调节能力和系统化控制框架方面受到其理论本质的局限,而实际的运动控制系统中存在一定的不确定性和非线性因素,因此,运动系统性能的提升受到了严重制约,无法满足实际应用中对高性能运动控制的要求。因此,本文基于分数阶理论和自抗扰理论,从精细化调节与系统化框架方面,研究高性能速度运动控制策略和系统化设计方法,并以永磁同步电机伺服系统为实验平台,对所提出的高性能速度运动控制策略进行实验测试,验证了所提出的高性能速度运动控制策略和方法在快速性、鲁棒性和抗扰性等方面的性能提升。具体的研究内容如下:一、通过建立分数阶积分阶次与微分阶次、积分增益和微分增益的关系,提出一种三参数分数阶比例积分微分（PID）控制器和基于频域的解析设计方法,进一步给出了频域指标可达区域。该控制器充分利用分数阶阶次对于频域波形的调整作用和参数灵活可调的优势。实现结果显示,相比于优化设计的分数阶PI控制器,所提三参数分数阶PID控制器的超调量降低了 16.5%,验证了所提分数阶控制器及频域解析方法在速度动态响应快速性和参数变化鲁棒性等方面的优势。二、结合伯德理想滤波器和五参数分数阶PID提出了一种分数阶控制器及系统化的频域解析参数设计方案。通过频域分析揭示了相位穿越频率对于频域整形的影响,系统化设计方案保证了鲁棒性,并且可以同时提升低频抗扰与高频抗噪性能。实现结果显示,与基于Bode理想传递函数的分数阶PID和基于Particle-Swarm-Optimization优化算法的分数阶PID控制系统相比,所提出的控制器的超调量分别减少了 28.71%和12.2%,验证了该策略在动态响应快速性和抗扰性等方面的优越性。三、为提升运动控制系统动态响应快速性与扰动抑制性能,将分数阶理论与自抗扰理论结合,提出了一种分数阶自抗扰控制器。该控制器由扩张状态观测器和分数阶PD控制器组成,扩张状态观测器估计并补偿总扰动,分数阶PD控制器实现最优的跟踪性能。由于传统自抗扰控制器中微分器的存在会放大噪声,进一步提出一种包含分数阶扩张状态观测器和比例控制器的分数阶自抗扰控制器。该分数阶扩张状态观测器可将运动控制对象等价为分数阶积分串联的形式（1/s2r）,进而通过设计比例控制器,使闭环控制系统稳定,提升了系统对噪声的抑制性能。通过仿真与实验验证了该控制器在抗扰性和快速性等方面的优势。四、为进一步提升系统的扰动抑制性能,利用模型信息提出了一种二自由度控制策略,该策略包含基于模型的扩张状态观测器和分数阶PD控制器。理论与频域分析验证了所提出的控制策略满足分离性原理。仿真分析和实验验证,相比于整数阶PID、整数阶自抗扰和分数阶PID控制器,所提控制器的速度下降分别减小了67.29%、54.18%、71.53%,证明了该策略在抗扰性、快速性和鲁棒性等方面的优势。五、通过对永磁同步电机电流内环和转速外环存在的扰动进行了分析,提出了一种基于谐振控制器的模型参考自抗扰控制器,该控制器包含基于谐振的模型参考扩张状态观测器和反馈控制器。频域分析表明,该控制器可以有效抑制外部突加负载和周期性扰动等,并且证明谐振控制器不影响系统开环频率特性。实验验证,所提控制器的速度波动（0.293 rad/s）远小于 Proportional-Integral-Resonant 控制器（1.565 rad/s）和自抗扰控制器（2.402 rad/s）,证明了该策略在高速运行时的快速性和抗扰性,以及低速运行时的快速性和稳态响应性能的优越性。为验证上述所提出的高性能速度运动策略及方法,搭建了永磁同步电机运动控制系统实验平台,将所提出的高性能运动控制策略在实验平台上进行了验证,证明了所提出策略在动态响应快速性、抗扰性、鲁棒性和稳态响应性能等方面的优越性。