近年来,大功率永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）伺服系统凭借其高精度、高功率密度、快速频率响应和低噪声等优点,正逐步替代现有液压伺服等结构,被应用在冲压、切割、金属成型等专用伺服产品中,应用场合涵盖国民经济快速发展以及国防建设需要的多个方面,如航空航天、轨道交通、重型设备等。虽然国产品牌在小功率通用伺服方面的技术水平和市场份额不断提升,但在大功率伺服系统方面的产品与国外品牌相比还有较大差距。功率等级的提升和应用工况的恶化给大功率伺服控制系统带来了新的技术难点,虽然不同专用背景下系统侧重的性能指标略有差异,但是系统面临着若干共性问题,如电流动态响应受到控制器饱和与母线电压的限制、低开关频率下离散误差和交直轴耦合影响电流跟踪性能、速度控制的鲁棒性受控制器饱和和动态性能的限制、低速工况下系统对周期性转速波动和周期性外部负载抑制效果较差等。本文主要针对上述问题,对大功率永磁同步电机伺服系统电流和速度控制中的关键技术展开研究,为研发更高性能的国产大功率伺服驱动产品提供了新的控制策略和实践探索。本文首先分析系统内存在的扰动和参数摄动,搭建了永磁同步电机不同轴系下含有扰动的模型;对静止两相坐标系（αβ轴系）下的电压微分方程求解,得到了精确的电气模型;随后研究了系统内周期性转速波动的机理,使用复矢量方法分析了电流采样误差产生的影响。建模与分析为后文的控制器设计提供了基础。为了在大电流指令和电压限幅情况下提高电流控制的动态性能,本文研究了将无差拍电流预测控制（Deadbeat Predictive Current Control,DPCC）与有限集模型预测电流控制（Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC）相结合的dq轴电流轨迹规划方法,在电流平面上使用几何方法判断电流指令与工作点的相对位置。通过跟踪每个周期内能达到的距离指令最近工作点,有效地提高了电流的动态响应速度。为提高基于模型的电流控制方法的鲁棒性,本文应用滚动时域优化理论设计了扰动观测器,来观测并补偿参数失配引起的电压误差。进一步地,使用基于αβ轴精确模型的改进DPCC结构来减小交直轴耦合与系统延迟、提高模型精确度,在低开关频率下提高电流控制的性能。实验验证了所提各电流控制方法的通用性及复合电流控制策略的有效性。为提高大功率伺服系统速度控制抗外部负载扰动和参数摄动的能力,本文首先对永磁同步电机H∞速度控制方法展开研究。研究了一类加权函数的参数作用规律和整定方法。所求解的H∞速度控制器与比例积分（Proportional Integral,PI）控制器相比,在动态性能相近时具有更好的抗扰效果。为了进一步提高机械系统扰动抑制能力和动态性能,对H∞速度控制进行结构上的改进,逐层递进式地分别设计了H∞扰动观测器、反馈、前馈控制器对应的广义被控对象,并对控制器进行求解。实现了外部扰动的准确观测,和考虑速度反馈闭环在内的二自由度H∞速度控制。推导系统闭环传递函数,通过理论分析和实验对比证明了所提方法能有效地提高速度控制的动态特性、抗外部扰动能力和鲁棒性。虽然所提的H∞速度控制能够有效抑制外部扰动,但对周期性转速波动的抑制效果有待提升,尤其在低速范围内,系统本身对低频波动的抑制能力较差。为此本文采用含遗忘因子的迭代学习控制（Iterative Learning Control,ILC）并联结构对周期性转速波动和周期性外部负载扰动进行抑制。首先以PI并联速度控制器为例,精确推导整体结构的开环频域表达,提出了一种基于奈奎斯特稳定判据的并联结构稳定性分析方法。对ILC各控制参数的表达式进行求解,得到稳定范围并提出了参数整定方法。采用基于位置的采样机制使算法能运行在不同转速下;为抑制实际情况中非周期性扰动和噪声等信号的影响,研究在迭代学习中嵌入零相位滤波器的方法,改善波动抑制效果。进一步地,将并联的PI速度控制器替换为二自由度H∞速度控制方法进行实验验证,并针对周期外部负载对迭代周期进行扩展。实验证明所提方法能够更有效抑制系统中的固有周期性转速波动和周期性的外部负载。