永磁同步电机具有效率高、可靠性能强和功率密度大等显著优点而被广泛应用于新能源电动汽车、风力发电、数控机床、伺服控制、机器人运动控制等诸多领域。尽管永磁同步电机具有诸多优势,但其仍然是一个多变量、强耦合和非线性的复杂系统,对控制系统的设计提出了很高的要求。在传统的矢量控制中,如经典的PI控制并不能够使永磁同步电机表现出高品质的动态性能、高精度的稳态性能和抗干扰的强鲁棒性能,难以满足高精尖领域下的工作要求。所以,有必要深入研究更加先进的永磁同步电机控制策略。首先,本文介绍了永磁同步电机的基本结构,推导出了SVPWM算法,在Matlab/Simulink仿真平台搭建了转速环与电流环均采用传统PI控制的永磁同步电机矢量控制模型,并进行了相应的仿真分析。其次,与传统的PI控制相比,预测控制策略可以使电机获得较快的动态响应和较高精度的稳态特性,具有较好的控制效果。为此,本文将模型预测控制算法应用于永磁同步电机的速度环控制中,设计了速度预测控制器;将无差拍预测控制算法应用于永磁同步电机的电流环控制中,设计了无差拍电流预测控制器;介绍了扩张状态观测器的设计方法及稳定性证明,通过观测器对负载扰动进行观测,可以减小系统的转速波动。仿真结果表明,本文所提方法能够有效提高系统的动态响应能力和稳态控制精度,在一定程度增强了系统的鲁棒性。最后,由于预测控制本质上仍是依赖于系统模型参数的控制策略,而滑模控制则具有较强的鲁棒性。本文深入分析了滑模控制的基本理论,分别阐述了传统滑模控制器和超扭曲滑模控制器的基本原理,推导了快速超扭曲算法的基本公式,采用Lyapunov函数证明了其稳定性。最后将快速超扭曲算法应用于转速外环,无差拍电流预测控制应用于电流内环,构建了基于快速超扭曲算法的永磁同步电机电流预测控制仿真模型,将仿真模型应用于全位置管道焊接机器人的行走控制。仿真结果表明,本文所提控制策略具有转速响应速度快,稳速时控制精度高,鲁棒性能更强,而且能够削弱系统的抖振等优点。