汽车的节能与高效对缓解我国能源短缺与环境污染等问题起着至关重要的作用。面对能源环境问题与汽车数量高速增长之间的矛盾,世界范围内,各国政府都在推行节能减排的政策。国务院于2015年5月提出《中国制造2025》的概念。《中国制造2025》中指出,我国应当大力推广节能汽车、新能源汽车和智能网联汽车,以推动汽车产业技术创新与转型升级,其中反复提到作为核心零部件的车用电机的生产与控制应当重点推进,以提升驱动电机的自主电机研发与商品化能力,满足我国汽车产业的发展需求。由于汽车新需求和新功能的不断引入,控制器中嵌入式代码量逐年指数型的增长,使得车用电机控制系统设计、标定与验证变得更加困难。如何在不用增加太多投入金额的前提下有效地升级更新现有的车用电机控制系统是汽车电控系统开发流程中亟待解决的关键问题。基于模型的汽车电控系统设计在控制算法理论研究和系统设计之间构建了一个桥梁,为实现先进控制算法应用到汽车系统中提供了一个通用的设计框架,在加深研究人员对汽车系统的理解的同时也为汽车工程师提供丰富的理论指导。车用电机作为汽车大多数执行机构的动力源,往往会频繁启停,电机的需求指令也复杂多变,这就要求车用电机始终能高精度地执行整车控制单元的命令、同时具有较快的响应,对于驱动电机而言,需要具有低速大转矩特性还要具有宽的调速范围。本文结合基于模型的非线性系统控制理论三步非线性方法,基于输入到状态稳定性理论围绕车用永磁电机运动控制实际应用问题展开了研究,其中包括离合器执行机构电机位移控制、轮边电机低速抗扰动控制和永磁同步电机力矩控制等问题。首先,针对以滚珠丝杆作为减速机构的电动离合器执行机构系统,建立了一个数据机理混合的三阶非线性系统模型,提出了电动离合器执行机构数据机理混合的三步非线性位移控制方法。针对系统模型图表获取带来的模型误差以及模型参数不确定性,从实际应用的角度进行了鲁棒性能分析,说明设计的控制器对系统的总和扰动具有鲁棒性。控制器设计分析手段可以有效降低控制器参数标定工作量,减小开发周期和开发成本。仿真和实验结果表明设计的控制器提高了自动离合器执行机构的位移跟踪动态性能和稳态性能。然后,为了提高轮边电机低速时速度控制精度,提出了基于齿槽转矩观测器的轮边永磁直流电机三步非线性转速跟踪控制方法。针对轮边电机齿槽转矩的快变特性,建立了非线性时变参数模型,基于建立的时变参数模型,设计了一个降阶的非线性观测器估计齿槽转矩,从实际应用的角度完成了观测器鲁棒性分析,将观测器对系统建模误差的鲁棒性条件归纳为一个双线性矩阵不等式(BMIs)可行解的问题。接着,设计了一个基于齿槽转矩观测器的三步非线性速度控制系统,考虑到齿槽转矩观测器的估计误差和系统引入的模型参数不确定扰动,完成了闭环控制系统的鲁棒性能分析。实验结果表明设计的基于扰动观测器的三步非线性的速度控制器具有较好的周期性扰动抑制效果。最后,为了满足车用永磁同步电机力矩响应快和调速范围宽等需求,基于车用永磁同步电机低速矢量控制和高速弱磁控制方案,提出了双输入双输出三步非线性力矩跟踪控制方法,将参考力矩信号的动态变化信息引入到控制律中,控制架构中显性地考虑了弱磁问题,设计的控制器可以同时应用于恒转矩区和恒功率区。针对永磁同步电机中的参数不确定性,基于输入到状态稳定性理论进行了控制器的鲁棒性能分析,给出了相应的鲁棒性能条件。仿真和实验表明设计的非线性三步力矩控制器具有良好的稳态和动态控制性能,同时可以满足实际应用时弱磁控制要求。