永磁同步电机直接转矩控制以其控制结构简单、动态性能好、鲁棒性强等优势,广泛应用于航空航天、工业自动化等领域。论文以永磁同步电机直接转矩控制性能改进及其在电动负载模拟器中的应用为研究对象,对直接转矩控制和电动负载模拟器的控制进行改进,论文的主要研究工作和贡献如下:1.永磁同步电机直接转矩控制转矩响应快、动态性能好,但由于转矩和磁链脉动的存在,限制了其在力矩伺服应用中广泛应用。为提高永磁同步电机直接转矩控制的转矩和磁链控制精度,提出一种最优占空比调制的永磁同步电机直接转矩控制策略。对传统直接转矩控制的转矩和磁链控制性能进行详细分析,指出电压矢量选择表和离散滞环比较器是传统直接转矩控制存在转矩和磁链脉动的主要因素,并结合转矩和磁链误差给出最优占空比的计算方式。仿真和实验结果表明这种方法能够有效削弱电压矢量选择表和离散滞环的影响,进而减小转矩和磁链脉动,为在电动负载模拟器等高性能力矩伺服场合开拓更为广阔的空间。2.直接转矩控制除转矩和磁链脉动外,还存在逆变器开关频率不恒定的问题,产生难以抑制的谐波干扰,同时会引起电流和转矩发生畸变,造成启动和低速性能差,逆变器利用不充分等问题。针对这一问题,提出一种永磁同步电机开关频率恒定的模型预测直接转矩控制,采用性能评价函数替代传统直接转矩控制的电压矢量选择表,并结合占空比调制和矢量调制思想,将两个零电压矢量和选择的有效电压矢量合成使逆变器开关频率恒定的PWM波,同时减小转矩和磁链脉动;采用预测思想对采样、控制延时进行补偿,进一步改善其动态性能。通过仿真与实验验证了该方法的有效性,与传统直接转矩控制和模型预测直接转矩控制相比,有着更加优异的动态性能和稳态精度,为永磁同步电机在高性能力矩控制应用方面提供有力支撑。3.在电动负载模拟器系统中,由于被加载对象运动产生的多余力矩、摩擦干扰等因素,严重影响其力矩加载精度,针对电动负载模拟器的特点,提出一种以转速闭环作为辅助控制,位置闭环作为补偿控制的多闭环复合控制。建立了电动负载模拟器的数学模型,给出单力矩闭环和多闭环复合控制的控制结构,从闭环系统的鲁棒性和抗干扰性方面对系统控制性能进行详细分析,表明该方法能够对电动负载模拟器中电机非线性、机构变化以及位置干扰等因素进行隔离抑制。最后通过自行设计搭建的电动负载模拟器实验平台对该方法进行实验验证,结果表明该方法能够有效抑制电动负载模拟器中的多余力矩,提高力矩加载精度,从而为对舵机性能测试提供有力保障,具有较强的工程应用意义。4.针对电动负载模拟器中常用具有周期性的正弦波或梯形波负载,提出一种以分数阶PI~λD~μ作为反馈控制,分数阶迭代学习作为补偿的复合控制策略。给出简化电动加载系统的频域数学模型,结合分数阶微积分的优点,将传统PID和迭代学习控制替换为鲁棒性能更好的分数阶PI~λD~μ和分数阶迭代学习控制器,并对控制器的收敛性进行分析。最后对电动加载系统进行了实验研究,验证了该方法的有效性,与整数阶PID和迭代学习控制方法相比,具有更加快速的收敛性能和稳态精度,从而保证较高的力矩加载精度,对飞行器的性能测试提供更加可靠的地面实验设备,保证飞行器研制的成功率,具有重大军事意义。