永磁超环面电机是一种新型集成电机,它集行星轮蜗杆传动和永磁同步电机于一体,实现了电机与减速器的完美结合,具有结构紧凑、振动噪音小、防过载能力强以及传递效率高等优点,在军事、车辆和机器人等空间利用率与控制要求较高的领域具有广阔的应用前景。本文从永磁超环面电机的结构参数、波动特性、数学模型、动态特性分析、直接转矩控制、滑模控制等几个方面进行了深入研究。根据永磁超环面电机的结构特性和运行原理,分析了该电机运动参数,考虑永磁超环面电机环面蜗杆内定子螺旋变截面结构与行星轮自转和公转的空间运动,推导了电感方程和磁链方程。电感磁链方程结合电压方程、转矩方程以及运动方程建立了永磁超环面电机的数学模型,应用状态空间法进行了动态特性分析,得到机械参数和电参数对该电机动态特性的影响。应用S-函数建立了永磁超环面电机的仿真模型,分析了其波动特性。为了提高永磁超环面电机的响应速度,减小输出波动,以矢量脉宽调制为基础,使用双闭环反馈调节,结合直接转矩控制,在内环分别以磁链和转矩为控制对象,外环以转速为控制对象,在磁链环、转矩环以及转速环分别设计了考虑扰动量的super-twisting滑模控制器,该扰动量与永磁超环面电机的机械参数和电参数相关。仿真实验表明,此控制策略提高了永磁超环面电机的响应速度,有效地减小了输出转速与电磁转矩的波动。针对输出转速和电磁转矩的周期性波动,在转速环设计了模糊终端滑模控制器,该控制器通过模糊控制规则得到永磁超环面电机的结构参数与运动参数的增量以调节终端滑模控制器参数。仿真结果表明该控制策略使永磁超环面电机得到了较快的系统响应速度,进一步减小了输出转速与电磁转矩的波动,并且还对外加负载与系统参数变化具有较强的鲁棒性能。