永磁同步直线电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)有着速度快、精度高和推力大等特点,被广泛应用于精密加工领域如IC制芯、高档数控机床等。然而,由于电机本体设计的缺陷和逆变器的非线性特性,永磁同步直线电机的电磁推力存在较大的波动,从而限制了其在高精度场合的应用。因此,研究减小永磁同步直线电机推力波动的控制算法,增加推力平滑度,具有重大工程意义。本文在介绍PMLSM基本结构、数学模型、矢量坐标变换及空间电压矢量控制原理的基础上,分析了由逆变器死区时间和功率器件非线性产生的谐波特点。针对电流中含量较高的5次、7次谐波,建立了PMLSM谐波数学模型,分析了推力波动和电流谐波的关系。为了减小相电流谐波含量及由此引起的电机推力波动,提出了基于谐波电流平均值的dq电压补偿算法。该算法可实现谐波电流提取和谐波电压计算,与传统低通滤波器提取谐波直流分量相比,谐波电流平均值法提取系统的动态性和稳态性更好。Matlab/Simulink仿真结果证实该算法能有效减小相电流谐波含量和电机推力波动。为了综合考虑电机磁场饱和引起的电感非线性变化,以及逆变器的管压降对控制策略的影响,本文利用ANSYS有限元分析软件,建立了永磁同步直线电机的有限元模型,并搭建了Simplorer-Simulink联合仿真系统。该仿真系统仿真证实,提出的谐波电流平均值dq电压补偿算法能有效降低相电流5次、7次谐波含量和6次推力谐波含量,并且减小电机推力波动。为了进一步提高控制系统鲁棒性及对外部干扰的抑制能力,本文设计了带有系统扰动观测器的,基于指数趋近率的滑模变结构控制算法,并将其应用于PMLSM控制。仿真结果证实,该算法可以提高突加负载时的推力响应速度,减小调节时间;以负载推力和速度为观测量的扰动推力观测器,可将观测结果反馈到速度环中,进一步提高了系统的鲁棒性。