云台集可见、近红外、长波红外探测于一体,可用于边海防监控、港口监控,城市高空瞭望等场合。在转动过程中观测物体时,云台需克服抖动,这需要控制电机在运行过程中转矩平稳,没有转矩脉动。而且云台要求实现在超低速到高速全速度范围内的转速控制。传统的云台多采用步进电机,步进电机在超低速运行状态下具有良好控制效果,但在中高速控制精度低,容易出现丢步的问题。近年来研究一种云台用电机来满足云台运行转矩平稳和全速度范围控制的要求越来越成为研究的热点。本文以云台用电机为应用背景,采用了一种无槽永磁同步电机方案,对该电机的本体结构设计、电机参数解析计算和参数优化、全速度范围控制等方面开展了相应的研究工作。首先,本文对永磁同步电机转矩脉动产生的原因进行了深入的分析,为了彻底消除永磁电机运行中的齿槽转矩,本文将无槽永磁电机和环形绕组相结合,推导出了一种采用双层短距绕组的新型无槽电机结构。采用有限元仿真对电机结构模型的气隙磁场和转矩脉动进行了仿真,经过仿真验证,本文设计的无齿槽永磁电机结构可以有效减少电机气隙磁场谐波并使转矩脉动大大降低,可以有效地解决云台在运行过程中的抖动问题。其次,本文使用能量法对设计的无齿槽电机参数进行了解析计算,运用叠加原理推导无槽永磁电机电感的解析表达式。此外本文根据无齿槽永磁同步电机磁场的分布特点推导出了无齿槽永磁电机感生电动势的解析表达式,把计算的结果和有限元仿真结果进行对比,证明推导的解析表达式是正确的。为使无槽永磁电机在体积一定的情况下获得最大的功率密度,本文推导了无齿槽永磁电机功率的解析表达式,并在解析表达式基础上,采用多种群遗传算法对电机结构参数进行优化。经过仿真验证,优化后无齿槽电机的功率获得了很大提高。最后,本文对云台用永磁同步电机在全速度范围内的控制进行了研究。为实现全速度范围的稳定控制,本文在中高速采用的电压空间矢量控制的速度模式。在超低速运行状态下,本文设计了一种电流开环位置模式,通过保持电流幅值不变而改变电流相位的方法实现云台电机在超低速下的位置控制。此外,研究了一种可以实现中高速速度模式向低速位置模式平稳切换的方法,可以完成云台从速度模式向位置模式的平稳过渡,保持云台在运行中的稳定。最后,设计了无槽永磁电机全速度范围控制系统的硬件电路,实验证明,本文设计的控制系统可以实现云台全速度范围转速的稳定控制。