石油化工领域在石油开采及运输管道修建过程中,由于位置偏远,地面通讯不畅,导致大量紧急数据不能及时处理而影响工作效率。卫星通信技术凭借覆盖面广、通信距离长、实时性高的特点成为其解决方案,其中商用微纳卫星的出现为该技术广泛应用于民用领域提供了可能性。卫星通信技术的精确度直接受卫星姿控精度的影响,因此,永磁无刷直流电机作为卫星的重要驱动系统,其所具有机械性能和转速控制精度是整个卫星姿态控制精度的关键所在。本文通过分析飞轮用永磁无刷直流电机结构和控制方法的国内外研究现状,发现目前应用的电机普遍存在有效气隙磁密低、干扰磁密大和漏磁严重的缺陷,无法满足商用微纳卫星的高精度姿态控制,针对以上问题设计一种内外双圈永磁体结构的新型永磁无刷直流电机,根据该电机的结构,优化分析其电磁性能,并在此基础上,针对传统PID控制系统转速控制精度不足的缺陷,设计高精度转速控制系统。基于新型永磁无刷直流电机的结构和电磁场原理,应用等效面电流法分别推导传统永磁无刷直流电机和新型永磁无刷直流电机的气隙磁场数学模型,并对电机结构进行优化设计,在分析两种电机磁路的基础上,采用有限元法对气隙磁密进行对比分析。仿真结果表明,新型永磁无刷直流电机有效气隙磁密更大、干扰磁密更小、气隙平顶宽度更宽、漏磁更低,具有良好的机械性能。针对新型永磁无刷直流电机结构特点,分析其工作原理,推导其动态特性数学模型。为实现该新型结构电机的高精度控制,基于PID控制和模糊控制原理,搭建模糊PID控制系统,同时引入变论域思想,设计变论域模糊PID控制器。通过MATLAB/Simulink软件首先对两种电机进行控制性能对比,结果表明,新型永磁无刷直流电机具有响应快、稳速精度高、转矩脉动低的优点;随后对新型永磁无刷直流电机的三种控制系统进行对比,即PID控制系统、模糊PID控制系统和变论域模糊PID控制系统,结果表明,相比于传统PID控制系统,模糊PID控制系统和变论域模糊PID控制系统均具有响应快、低超调、动态性能稳定、调速性能优越的优点,其中变论域模糊PID控制系统更具优越性。通过加工得到新型永磁无刷直流电机,分别搭建气隙磁密测量实验平台和电机控制实验平台,进行实验验证。根据结果可得,新型永磁无刷直流电机有效气隙磁密大、干扰磁密小、漏磁低,具有优越的机械结构;模糊PID控制系统性能优越,非常适用于新型永磁无刷直流电机的转速控制,为卫星的高精度姿态控制提供了新的方案。