直线电机驱动系统在现代制造业中得到了广泛的应用,也是未来技术升级的发展方向。在工程环境下,直线电机驱动系统中存在推力波动、环境干扰、摩擦力、参数不确定性和高频响应特性等多种不确定性来源;在一些复杂任务中,负载变化以及运动轴之间的耦合等原因也将引入更多的不确定性;这些不确定性对系统的性能有着较大的负面影响。考虑到直线电机驱动器不经其他部件直接驱动系统,因此系统中的不确定性只能通过鲁棒的控制算法加以抑制从而保证其在各种工况下的控制品质。基于此,本文面向实际情况和应用环境,针对精密任务和复杂任务中的直线电机驱动系统的运动控制难题,提出了多种基于分数阶滑模的控制方法和控制结构:首先,本文针对直线电机驱动的晶圆扫描平台的高精度控制问题,设计了两种新型的基于超螺旋算法的分数阶滑模运动控制算法。在第一种算法中,一种新颖的自适应神经网络方案被引入控制策略以集中补偿系统中的不确定性,进而,通过提出的分数阶滑模控制方案和指数项的结构实现了该平台的高动态高精度控制。特别地,由于自适应方案的存在,该控制方案作用下的闭环系统的稳定性得到了保证。在第二种算法中,本文通过在超螺旋控制算法中引入变增益项和分数阶滑模面,良好地抑制了系统中的重复性、非重复性干扰,有效地解决了晶圆扫描平台控制系统中的“水床效应”问题。仿真和实验效果表明,这两种控制算法均可以达到比传统方法更好的性能。作为直线电机驱动系统的工业应用特例,晶圆扫描平台的应用工况相对固定。然而,通用的单自由度直线电机驱动系统中往往存在更大的不确定性,且对控制性能的要求也有所不同。随后,本文将单一工况下直线电机驱动系统的运动控制问题推广到通用系统,研究单自由度系统的位置跟踪控制。具体来说,本文针对数字控制器已被广泛应用的工业实际,在离散时间的框架下提出了一种新型的分数阶滑模控制方法,还特别分析了该方法中涉及的离散分数阶滑模面的稳定性,这在以往的文献中是没有提到的。本文也提出了一种新的切换控制律,进一步抑制了系统的抖振。特别地,本文详细分析了所提出的运动控制方案的理论精度和其相对于传统控制方案的理论优势。基于通用的直线电机驱动系统的位置跟踪实验验证了所提出的控制方法的有效性,及其相对于传统控制方法的优越性。进一步地,本文将单自由度系统的运动控制问题推广到多自由度系统,针对直线电机驱动系统的复杂任务——轮廓控制,本文提出了一种基于简化牛顿法的新型的分数阶滑模轮廓控制方法。在该方法中,本文提出的基于简化牛顿法的轮廓误差估计和离散时间系统做到了紧密的结合,在不需要求取导数的情况下可以精确快速地计算出轮廓误差的数值估计。另外,该方法创新性地引入了基于向量的计算方法,可以方便地将该方法推广到更高维度的系统。由于这种方法是一种动态估计方案,其可以有效地保证在参考轮廓为大曲率、大进给速率时的轮廓误差估计精度,并且在离散分数阶滑模控制的进一步作用下,最终达到较高的轮廓误差控制精度。特别地,在研究高维系统的分数阶滑模控制的过程中,本文也给出了一种便于应用的分数阶滑模面稳定性的判别方式,并进一步给出了轮廓误差的理论分析。该控制方案的有效性在多组对比实验中得到了验证。另外,在直线电机驱动的龙门平台上,常见由两个直线电机共同驱动一个横梁,这就涉及到了同步控制问题。针对该问题,本文在离散时间框架下提出了一种新型的交叉耦合二阶分数阶滑模同步控制方案。该方法首先包含一种通用的同步误差定义,该定义可以保证在高维系统中的精度并且能和轮廓误差估计进行有效结合,从而将同步控制和轮廓控制通过同一套方案进行控制。此外,在基于交叉耦合的二阶分数阶滑模控制的作用下,同步运动的直线电机之间的物理耦合作用得到了有效的处理。而且,有别于普通的二阶滑模控制,该方案中特殊的切换控制律的设计也将系统中的不确定性和状态进行了分离,保证了闭环系统的高同步精度、高跟踪精度和鲁棒性。最后,充分的仿真和对比实验证明了该同步控制方案和控制方法的有效性。