由于机械系统的控制精度直接影响产品生产效率及质量，高精度控制一直是控制理论与应用的热点问题。为了提高多轴系统的控制品质，不仅要考虑单个轴的控制精度，还要把各个轴之间的运动控制有机协调起来，才能达到系统整体全局性能的最优化。同步控制技术是多轴系统降低同步误差、保证加工精度的关键，也是当前机械设计和制造技术的一个重要发展方向。本文首先分析了多轴系统及同步控制技术的发展与现状，简单介绍了非线性控制理论。为了在保证控制精度的前提下，让控制算法易于工程实现，我们采用了非线性饱和函数tanh(·)和交叉耦合技术，提出了一种饱和比例-微分(SP-D)加位置同步误差的控制器，它很好的保证了同步控制精度。另外，在很多实际应用中，由于限定了系统完成的时间，或者为了避免超调，往往需要严格控制从起始点到期望位置之间的运动过程，就这种情况，我们提出了一种饱和比例-微分(SP-D)加前馈补偿的同步跟踪控制器，以有效的跟踪期望轨迹。最后，在工程实际中，当控制算法所需要的控制力矩超过驱动器最大输出力矩时，控制力矩会被限幅输出，这样就会严重影响系统的控制品质，为了避免这种情况，就前面两种控制器分别设计了相应的输入受限同步控制器。应用Lyapunov稳定性理论和LaSalle不变性原理证明了所设计控制器的稳定性，并通过实验证明了它们的优越性。