永磁同步电机驱动的多轴运动系统以其在功率密度、运行效率、响应速度等方面的优势,在高速、高精度的现代数控技术领域具有广阔的应用前景。本文针对传统多轴运动系统轮廓控制策略控制结构冗余、控制器参数调节繁琐、动态响应速度慢、轨迹转折点处轮廓误差大等问题,开展一系列研究,提出并建立了基于统一建模思想的整合型同步控制架构,并在此控制架构下提出了三种改进的预测轮廓控制策略。提出基于统一建模思想的整合型同步控制架构,将运动机构、多个逆变器和永磁同步电机统一建模,建立紧凑的无级联预测控制器,此方式能够统整各轴回路控制器,将多个嵌套控制环合并为一个环,具有建模直观、结构简单的优点,下面所提出的三种改进预测轮廓控制策略均是在此控制架构的基础上设计的。提出多轴运动系统广义预测轮廓控制策略。综合广义预测控制在线参数估计、多步预测、滚动优化和反馈校正的优点,将跟踪误差和轮廓误差同时引入价值函数,寻求使跟踪误差和轮廓误差协调最优的控制输入信号,同时考虑约束问题设计动态限幅器,能够解决传统策略控制结构冗余等问题,并且在提高系统瞬态轮廓跟踪性能的同时,减小轮廓误差。提出基于状态空间的多轴运动系统模型预测轮廓控制策略。将跟踪误差、轮廓误差、控制增量和位置增量同时引入价值函数,实现多变量协同优化控制。同时提出一种实时自适应调整位置增量权重系数和控制增量权重系数的方法,以抑制轨迹转折点处的电流增量波动,能够解决传统策略控制结构冗余等问题,并兼顾跟踪路径的光滑性,提高系统的动稳态轮廓跟踪性能。提出多轴运动系统有限控制集模型预测轮廓控制策略。以跟踪误差为主要指标确定适当数量的备选电压矢量,再以轮廓误差、电机运行性能和电流幅值限制为评价指标构建一个多轴运动系统统一的价值函数,来实现多变量的协同优化控制,并通过价值函数寻优选择最优的电压矢量,能够解决传统策略控制结构冗余等问题,并提高系统的动态响应速度和轮廓精度。构建一套高可靠性的多轴运动系统样机,通过实验对传统级联控制策略和三种基于统一建模的改进控制策略进行研究。结果显示,三种改进控制策略均可有效解决传统策略控制结构冗余、控制器参数调节繁琐、动态响应速度慢、轨迹转折点处轮廓误差大等问题,证明了本文理论分析的正确性和控制策略的有效性。