陀螺电机是陀螺经纬仪中的重要元件,其性能直接影响陀螺经纬仪的工作精度。在陀螺经纬仪中希望陀螺电机具有很高的稳速精度,以减小定向误差,同时还要有很高的转速,以降低定向过程中干扰力矩对寻北的影响。目前,国内对陀螺电机的研究主要集中在永磁无刷直流电机(BLDCM)上,然而BLDCM转矩脉动较大,影响定向精度;而且常规的控制方法调速范围太窄,难以实现基速以上扩速。同为永磁同步电机,反电势为正弦波的永磁同步电机(PMSM)转矩脉动很小,与之相应的弱磁控制技术可以明显的提高电机转速,已在高铁、电动汽车等领域得到了广泛应用。本文从正弦波永磁同步陀螺电机出发,将弱磁控制技术应用到陀螺经纬仪领域,采用PMSM以降低转矩脉动,提高陀螺电机稳速精度;采用弱磁控制技术以拓宽陀螺电机转速,增强陀螺经纬仪的抗干扰力矩能力,从而提高陀螺经纬仪的定向精度。因此,本文为高性能陀螺经纬仪的研究提供了一种新的途径。本文首先介绍了论文的背景及意义,陀螺经纬仪、陀螺电机、弱磁控制技术的发展现状,同时由于陀螺电机体积较小不适于安装位置传感器,因此简述了无位置传感器控制技术的发展;其次分析了永磁同步电机数学模型,介绍了矢量控制和电压空间矢量脉宽调制技术,为全文的研究奠定了理论基础;再次,研究了永磁同步电机弱磁控制技术,由于负直轴电流补偿的弱磁控制方法简单易于工程实践,因此采用了基于负直轴电流补偿的弱磁控制策略,并在MATLAB上搭建了模型进行了仿真验证,仿真结果表明,在弱磁扩速的同时也间接提高了电机的稳速精度;然后,研究了无位置传感器控制技术,将龙伯格观测器与锁相环系统相结合,为了进一步提高转子位置的估算精度,对常规的锁相环进行了改进,提出了一种改进型锁相环,并通过了仿真验证。最后,介绍了软件、硬件系统,并完成了上述算法的实验验证。实验结果表明,所应用的控制方法可以达到陀螺电机的应用要求。