数控机床是国家装备制造业战略性产业,电主轴是数控机床的关键功能部件。电主轴控制系统性能影响数控机床的加工质量,改善其控制性能具有现实的意义。电主轴输出转矩脉动强弱和逆变器输出电流谐波大小对其控制性能有重要的影响。当定子电阻的辨识结果有偏差时,定子磁链轨迹就会发生畸变,使电主轴输出转矩脉动;电主轴采用逆变器供电,当电源中含有电流谐波时,会形成谐波效应,产生电磁谐波损耗。本文在深入研究生物地理优化（BBO）算法、转矩脉动和电流谐波抑制的基础上,实现电主轴控制系统性能的改善。开展的主要研究工作及创新性成果概括如下:基于电主轴动静态数学模型、逆变器数学模型以及直接转矩控制（DTC）的原理,建立了电主轴DTC系统仿真模型,揭示了 DTC中电主轴转矩脉动产生的机理,通过仿真说明定子电阻的变化对转矩脉动的影响。采用特定谐波消除技术（SHEPWM）分析电主轴控制系统中电流谐波的存在,揭示电流谐波产生的机理,通过仿真说明开关角对逆变器电流谐波的影响。基于DTC下电主轴谐波损耗和转矩脉动的仿真分析,揭示了 DTC系统中逆变器输出电流谐波和电主轴输出转矩脉动的机理。提出了DTC中BBO算法的应用策略。定子电阻、开关角和电压矢量作用时间的初始值,影响到BBO算法的探索能力和收敛速度,使用BP神经网络模型对其优化;改进后的BPBBO算法通过优化算法中的概率值,获得更好的收敛速度。提出了基于BPBBO算法抑制逆变器电流谐波的策略。研究电流谐波最小PWM（CHMPWM）中开关角的影响因素;基于CHMPWM模型使用BPBBO算法对开关角进行优化,通过仿真与实验验证CHMPWM调制方法对逆变器电流谐波的抑制效果;通过仿真与实验验证BPBBO算法优化CHMPWM中开关角可以减小电流的总体谐波畸变（THD）,实现抑制逆变器电流谐波的目的,从而减少因电流谐波引起的电主轴电磁损耗。提出了基于BPBBO算法抑制电主轴转矩脉动的策略。研究DTC中转矩脉动最小PWM（TRMPWM）可以起到抑制电主轴转矩脉动的效果。基于TRMPWM模型使用BPBBO优化电压矢量的作用时间;在分析定子电阻影响因素的的基础上,使用BPBBO算法对定子电阻进行进行在线辨识;通过仿真与实验验证BPBBO算法可以提高定子电阻辨识精度和BPBBO算法可以优化电压矢量的作用时间,实现抑制电主轴转矩脉动的目的,从而改善电主轴控制系统的性能。本文基于BPBBO算法对定子电阻辨识、开关角优化和电压矢量作用时间细分进行了深入研究,提出了逆变器电流谐波抑制和电主轴转矩脉动抑制的有效方法,为BBO算法在电主轴控制系统中的应用奠定了基础。