题目：PMSM的高精度力矩跟踪控制

飞轮是卫星平台姿态稳定与姿态控制的关键执行部件，其高精度力矩跟踪控制是实现卫星高精度对地观测的核心技术之一。飞轮会存在诸如摩擦力矩和转速测量噪声等多种内部干扰及相不平衡力矩、调制脉动控制模型误差。本文以姿控飞轮为研究对象，对目前飞轮电机控制领域存在的问题进行深入分析，提出全新的控制方案，针对实现电机高精度控制的关键技术开展研究，进行理论分析并设计控制系统进行了相关实验验证。本文主要完成以下工作：

由于空心杯电机电感非常小，电流动态响应快，PWM调制转矩脉动大。针对此问题，本文提出了带LCL输出滤波器的控制拓扑结构，并对滤波器参数进行设计，有效减小了电动和反接制动过程飞轮电机的PWM调制脉动，与Buck斩波器相比，交流滤波降低了电感的平均磁密。同时采用永磁同步电机(PMSM)驱动，从原理上消除了飞轮换相转矩脉动。实验表明，本方法有效地解决了小电感电机电磁力矩脉动严重的问题。

针对飞轮电机三相绕组不完全平衡及反电势不完全对称，影响飞轮控制性能问题，提出一种采用四桥臂变换器对不平衡力矩补偿的控制方法。文中分析带输出滤波器的四桥臂飞轮控制系统数学模型，研究了四桥臂变换器的动态解耦控制方法和三维空间矢量脉宽调制方法，合理利用零序电流对相不平衡力矩进行补偿，有效提高了飞轮控制精度和效率。针对系统电流指令的交变特性，采用鲁棒电流跟踪误差消除控制器，有效提高了电流环的跟踪速度和精度。

卫星姿态控制系统输出力矩指令正负交替变化，因此飞轮工作时需要不断的进行电动和制动。同时需要飞轮电机在电动和制动时有相同的动态特性。针对能耗制动过程通过控制直流侧电流来间接控制电磁力矩的方式导致制动输出力矩精度低的问题，提出一种基于力矩控制的可控整流控制方法。实验表明该方法有效提高了制动精度，飞轮电动制动过程力矩不对称度优于2%。

针对飞轮电流模式控制方法无法抑制系统内扰动力矩及速率模式系统相位延迟大，动态特性差的问题，提出了一种电流前馈与速率反馈相结合的控制方法，有效的解决了飞轮力矩控制快速性和准确度之间的矛盾，最后在系统实验平台验证了方法的有效性。