本课题结合上海宝钢集团公司“冷连轧机轧制过程动态仿真及控制优化”项目，对直流电机速度控制进行控制优化研究。由于系统内部参数变化和非线性不确定性及外界负载对直流电机速度控制系统的动态过程及跟踪效果有较大的影响，因此，本文应用鲁棒控制和非线性控制方法对速度控制系统进行控制，具有较大的实际意义和理论价值。本文首先简单介绍了鲁棒控制理论中的标准控制问题和小增益定理及非线性控制理论中的微分几何法，给出了实际冷连轧机各机架速度控制系统数学模型的基本结构和参数。在此基础上，针对实际直流电机速度控制系统弱磁调速过程中存在的电机转矩系数变化和转动惯量等因素引起的参数不确定性特性，应用内模原理，设计了混合灵敏度鲁棒控制器。针对实际直流电机负载对速度控制系统跟踪效果有较大影响的情况，提出了一种重构轧制负载扰动的观测器，进而对负载扰动进行前馈补偿控制，设计了一种新的利用Lyapunov速度误差函数构造的变结构鲁棒控制器。之后，基于实际速度控制系统线性模型，设计了一种同时考虑抑制系统参数变化和外界负载干扰的鲁棒控制器。最后，针对直流电机速度控制系统存在电枢反应非线性，设计了基于反馈线性化的变结构鲁棒控制器和一种能同时满足抑制负载扰动和电枢反应非线性引起的不确定的鲁棒控制器。对所设计的几种控制器的仿真研究结果表明，本文所设计直流电机速度控制系统均具有较好的动静态性能和较好的跟踪精度。