近年来，随着电力电子技术、自动控制技术、微电子技术的不断发展，伺服系统在工业控制以及家用电气等领域得到越来越广泛的应用，人们对伺服系统的性能要求也是越来越高。以高性能数字信号处理芯片为核心，永磁同步电机为执行电机，采用先进控制策略的全数字交流伺服系统已成为伺服控制系统发展的主流趋势。在绝大多数伺服系统闭环控制中，都采用PID控制作为系统调节器，然而传统的PID控制技术，由于本身具有的局限性，也许能在特定的条件下取得不错的控制效果，但当负载或是外界环境发生变化时，系统跟随误差增大，调节时间延长，性能会受到很大的影响。因此，需要寻找一种更加有效的控制技术来应对PID控制所遇到的难题。本文首先分析了永磁同步电机的数学模型以及矢量控制的基本原理，确立了以空间矢量脉宽调制技术为基础的三闭环伺服控制系统。采用MATLAB软件建立了全套系统仿真模型，应用工程设计法对传统PID调节器进行设计并仿真验证其正确性。之后针对PID控制存在的不足，提出了基于滑模变结构控制的伺服系统位置环与速度环调节器一体化设计。由于滑模变结构控制存在抖振的问题，本文还对常规滑模变结构控制器进行了改进，同时用MATLAB软件对改进后的滑模变结构控制器进行仿真实验，结果表明与传统PID控制器相比，改进后的滑模变结构控制器具有更强的抗负载扰动能力以及更精确的位置跟踪能力。最后构建了采用TMS320F2808为主控制芯片的数字伺服系统的实验平台。介绍了包括系统硬件各主要模块的具体设计、以及软件流程设计与实现和通讯协议的制定等等。在前述的理论基础上设计出一套实验样机，搭建起系统实验平台并对其展开一系列的性能测试实验，包括电流环、速度环的阶跃响应实验，以及位置环电机快速启停实验、空载及带大负载周期位置信号跟踪实验等等。实际机台实验结果证明了传统PID控制在系统带大负载情况下很难满足高性能指标要求的缺点，需要引进滑模变结构控制以提高系统性能。