为运动控制系统建立更准确的对象模型和设计性能更好的控制器,是提高运动控制系统性能的两条主要途径。随着分数阶微积分理论的不断成熟和其在各个科学、工程和工业领域的研究和应用的不断发展,可以期待使用分数阶微积分为运动控制系统建立更精确的对象模型,并设计性能更好的控制器,从而使运动控制系统获得更好的性能。本文尝试利用分数阶微积分理论从调速系统建模和速度控制器设计两方面对永磁同步电动机速度控制进行研究。在系统建模方面,根据电动机的组成机理,把永磁同步电动机数学模型分成电磁环节和机械环节两部分,分别对电磁环节和机械环节进行辨识实验,采用数值拟合方法对两个环节的参数进行辨识,然后将两个环节的模型进行综合,得到永磁同步电动机的分数阶数学模型。采用相同的辨识方法得到永磁同步电动机的整数阶数学模型,然后根据电动机的分数阶模型和整数阶模型分别构成分数阶速度控制系统和整数阶速度控制系统,设计速度控制器并进行电机速度控制仿真和实验研究,比较两个系统的仿真结果和实验结果的差异,结果表明,分数阶模型能比整数阶模型更准确地描述永磁同步电动机的实际特性。在控制器设计方面,在对分数阶比例积分(PIλ)控制器的设计方法的研究和比较的基础上,把频域法和时域优化算法相结合,吸收两种方法的优点,提出一种分数阶PIλ控制器参数整定方法,得到永磁同步电动机调速系统分数阶PIλ速度控制器。通过电机速度控制仿真和实验研究,考察采用分数阶PIλ速度控制器的系统的动态响应性能。仿真和实验结果表明,采用参数整定算法得到的分数阶PIλ控制器能使系统获得良好的稳定性和对增益扰动的鲁棒性,并达到比采用整数阶PI控制器的系统更好的跟随性能和抗负载扰动性能。为使调速系统达到更严格的性能要求,发挥分数阶比例积分微分(PIλDμ)控制器值域较广的优势,提出一种把频域法和时域优化算法相结合的分数阶PIλDμ控制器参数整定方法,在设计控制器时加入更多严格的限制条件,得到永磁同步电动机调速系统分数阶PIλDμ速度控制器。通过电机速度控制仿真和实验研究,考察采用分数阶PIλDμ速度控制器的系统的动态响应性能。仿真和实验结果表明,采用分数阶PIλDμ速度控制器的系统能够在满足多种限制条件的前提下,获得良好的稳定性和对增益扰动的鲁棒性,并达到比采用整数阶PID控制器的系统更好的跟随性能和抗负载扰动性能。