伺服系统广泛用于国民经济、国防建设等众多领域,但传统带减速机构的伺服系统因传动结构复杂等原因很难满足越来越高的性能、精度、可靠性等要求,其应用场合受到了一定限制。而直驱伺服系统在这些方面具有明显优势,近年来得到了较快发展。特别是,在航空航天等特殊应用领域,因受可靠性、性能、空间等诸多苛刻限制,直驱伺服系统备受青睐。本文就是以航天应用为背景,对永磁同步电机直驱伺服系统的低速运行控制技术进行研究。本文首先对伺服系统概况、发展趋势以及研究现状进行了阐述,并介绍了本课题的提出背景和研究思路;然后,分析了永磁同步电机的数学模型以及矢量控制原理,并介绍了伺服电机常用的三环控制结构及其设计思路,为后续研究奠定了基础。为克服宇航级数字信号处理器(DSP)运算能力有限及多电机控制外设资源不足等问题,本文发挥现场可编程门阵列(FPGA)优势,采用“DSP+FPGA”的控制架构,并将永磁伺服电机电流环优化设置于FPGA,以保证电流环的高控制性能,缓解DSP的运算和资源压力。为此,本文首先分析了电流环设计的总体架构和方案,对其中关键功能模块进行了详细设计;然后,研究了电流环的工作时序,采用双边不对称脉宽调制方式拓展了电流环带宽,进一步改善了电流环性能;此外,为满足多电机控制的需要,本文还介绍了一种基于流水线结构的多电机电流环设计方法,有效节约了FPGA的资源开销。本文研究对象因受空间限制,利用并扩大电机齿槽转矩以取消电磁制动器,这一特殊应用无疑会造成永磁伺服电机低速直驱运行时转矩脉动加大,进一步增加了转速控制难度。针对这一难题,文本首先分析了目标电机大齿槽转矩对转速性能的影响,并指出了现有的齿槽转矩直接抑制方法在本文应用中的局限性;进而,本文提出了虚拟齿槽转矩概念,并分析了虚拟齿槽转矩对电机定位点重置的原理及规律,从而获得了适用于本文目标电机大齿槽转矩抑制的思路和方法;在此基础上,结合电流环,本文进一步提出了基于虚拟齿槽转矩的低速运行转速控制算法,并给出了具体设计步骤和实现方案。本文针对航天应用背景下的多电机伺服驱动器进行了软硬件设计,并研制了一套完整实验平台。基于该实验平台,本文开展了一系列实验验证。实验结果表明,基于FPGA的电机电流环具有良好的动静态性能,并且所提出的基于虚拟齿槽转矩的速度控制算法,能有效抑制齿槽转矩,大大改善了电机低速运行性能,从而验证了本文控制方案的正确性和有效性。