题目：机载稳定平台用高精度伺服电动机系统关键技术研究

飞机机载稳定平台及其光电载荷构成的机载光电平台，在昼夜侦查监视，毁伤评估，目标捕获、跟踪、识别、测距，控制精确制导武器投放及目标指引等军事领域得到了广泛的应用。机载稳定平台利用伺服电动机系统产生的反向力矩，抵消载机运动以及其他扰动对平台的干扰，使得光电载荷视轴在载机飞行过程中可以稳定准确地指向目标。近些年，随着飞机在高分辨力成像侦查、动态目标识别和高精度跟踪与制导等方面需求的增加，不断提高光电载荷的视轴稳定和跟踪精度成为机载稳定平台伺服系统的重要研究方向，而光电载荷视轴的稳定控制精度直接受伺服电动机系统控制精度的影响。本文以提高机载稳定平台用伺服电动机系统控制精度为研究目标，针对永磁同步电动机及其功率驱动技术中影响伺服精度的因素，具体开展了考虑噪声因子的永磁电动机解析计算建模、永磁同步电动机稳健设计方法、线性功率驱动控制方法和高精度复合控制策略等方面的研究工作，主要研究成果如下：（1）在永磁同步电动机精确分域法解析计算模型的基础上，建立了考虑加工制造偏差和材料特性偏差等噪声因子的永磁同步电动机解析计算模型，有限元计算和实验测试结果验证了该解析计算模型的准确性。同时，利用所建立的永磁同步电动机解析计算模型，分别对定子内径偏差、槽口宽度偏差、齿宽偏差、磁极高度偏差、极弧系数偏差、安装错位、剩磁强度偏差、充磁角度偏差和动静态偏心等噪声因子进行了分析，确定了永磁同步电动机转矩特性（包括平均转矩、电磁谐波转矩、齿槽转矩）对各个噪声因子的敏感程度，为后续的稳健设计中合理选取噪声因子提供了依据。（2）为抑制噪声因子对永磁同步电动机转矩脉动特性的影响，提出了永磁同步电动机低转矩脉动的稳健设计方法。通过在设计中输入噪声因子，以综合反映转矩脉动幅值和平均转矩多目标优化要求的转矩脉动系数为稳健设计对象，优化永磁同步电动机电磁结构尺寸参数名义值（控制因子）。稳健设计后的永磁同步电动机转矩脉动特性对限定的加工制造偏差和材料特性偏差具有良好的容忍性，实现了永磁同步电动机转矩脉动均值和分散区间的同步抑制。（3）针对机载稳定平台等小功率高精度伺服系统，提出了一种基于大功率运放的三相永磁同步电动机线性功率驱动控制方法，采用该方法的驱动控制器具有电流线性度好、纹波小、对外界电磁干扰小、集成化程度高，设计、调试和维护简单等优点。对原理样机的测试结果表明，该驱动控制器具有良好的输出电流品质，在整个电流输出范围内的非线性误差小于±0.24‰。（4）为提高系统的低速平稳性、抗扰动性和指令响应带宽，提出了一种基于同步测速、扩张状态观测器和指令前馈的复合控制策略。该复合控制策略采用同步测速方法，使速度计算与编码器脉冲量变化实现同步，以减低测速信号噪声；采用同步测速信号输入的扩张状态观测器，实时估计伺服系统的扰动转矩；采用跟踪微分器输出的指令微分信号作为前馈补偿的输入，在提高系统响应带宽的同时，抑制指令跳变引起的速度响应过冲。仿真和实验结果验证了该复合控制策略在提高系统抗扰动性、改善系统低速性能和提高系统响应带宽等方面的有效性。（5）构建了永磁同步电动机驱动控制系统实验平台，利用该平台开展了永磁同步电动机系统的位置伺服能力和永磁同步电动机稳健设计后的性能一致性验证实验。