光电望远镜是观测空间目标的重要现代化设备,其需要光学、机械、电力等多个领域共同协作完成。随着天文学观测技术的发展,对空间目标观测的指标越来越高,而光电望远镜的跟踪性能直接影响被测目标的最终成像质量。这就要求望远镜伺服跟踪系统的跟踪精度不断提高,甚至达到角秒级。对于大型望远镜,为增加集光能力和分辨率,要求望远镜口径越大越好,然而口径增大将直接导致望远镜的体积和重量急剧增加。因此,望远镜驱动电机的选取至关重要,需要从电气参数、机械参数、加工、维护等多个方面进行考虑。永磁同步力矩电机相比有刷直流力矩电机具有较高的功率密度和较小的体积成为大型望远镜驱动的主流电机。然而,口径大于4米的望远镜对电机提出了更高的要求,无论从加工、运输、维护等方面,对永磁同步力矩电机分段处理是解决超大力矩输出的重要方案。分段式永磁同步电机隶属于永磁同步电机的范畴,在控制原理上可以借鉴整装式永磁同步电机。目前,国外已经有多台巨型望远镜使用此类分段式电机,国内仅有两所科研机构对基于分段式永磁同步电机的望远镜进行研发。因此本课题对于分段式电机的工程性研究具有重要的意义。多台分段式永磁同步电机的驱动方案是望远镜平稳运行的重要保障。本文介绍了一种驱动方案,并已成功应用到大型望远镜驱动系统中。此方案由主控制器协同六台力矩控制器组成。主控制器和力矩控制器均由DSP、FPGA及外围电路组成,功率驱动部分采用三菱公司的智能功率模块(Intelligent Power Module,IPM),该模块具有过流、过压、欠压和过温检测功能。通过实际应用于望远镜控制系统,验证了驱动方案的可行性以及硬件系统的可靠性和高精度实时要求。在此硬件系统的基础上,对望远镜控制系统进行扫频测试,扫频信号覆盖较宽范围的望远镜运行频率,并利用谱分析法进行频率特性测试。频率特性测试得到一阶、二阶谐振频率是作为速度环和位置环控制器设计的主要参考依据。对于望远镜伺服控制系统的设计,比例积分微分(PID)控制器是使用最广泛的控制方法。本文基于分段式永磁同步电机的望远镜伺服系统,以工程应用的角度,设计了多环PID控制器。以电流环、速度环、位置环的顺序分别进行分析设计。为提高望远镜伺服系统的动态性能,采用模型预测控制算法对速度环控制器进行设计。详细的介绍了模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的基本原理,其具有多步预测、反馈校正、优化输出等优点。基于望远镜控制系统模型,建立了多步预测模型,设计了寻优价值函数。通过仿真和实验验证了模型预测速度控制器具有更好的动态性能。由于分段式永磁同步电机的特殊性,导致电机中不仅含有齿槽转矩,还会引入边端力矩扰动。本文分别对齿槽效应和边端效应进行了详细的介绍和分析,总结了两种效应均引起周期性的转矩脉动。转矩脉动抑制的方法分为电机本体优化设计和控制算法设计,并对目前的研究现状做了简单的综述。本文提出了模型预测迭代学习控制器,针对周期性转矩脉动进行迭代补偿,并在大口径望远镜主轴伺服控制系统平台上进行实验验证。经过对速度峰峰值的比较,以及对扰动频谱的分析,验证了提出算法的有效性,提高了望远镜控制系统的跟踪精度。大功率驱动器的死区效应和电机磁通谐波是引起电流谐波的主要因素。本文详细分析了磁通谐波和死区效应,并总结出电流谐波的主要影响阶次。分数阶控制(Fractional order control,FOC)是近几年来非常值得研究的控制算法,本文基于分数阶微积分的定义和理论,提出了分数阶谐振控制器,与积分模型预测电流控制器组成复合控制器。实验结果表明,相比于传统控制策略,提出的复合控制器不仅提高了电流的动态性能,而且有效的抑制了电流谐波,使电流稳态性能和速度稳态性能均得到提高。