望远镜的口径越大,集光能力就越强,观测能力也会随之提升,在天文观测领域大势所趋。但是不断增大的口径也导致望远镜的伺服控制系统越来越复杂,发生故障的概率也会对应增加。大型的望远镜设备一般造价高昂,并且很多时候工作在非常严酷的条件,历史上日本的“瞳”太空射线望远镜就是非常惨痛的教训,大家所熟知的哈勃太空望远镜服役期间也一直问题不断、维修不断,据NASA公开数据,哈勃太空望远镜目前为止已经经历了 5次维修,光学系统、绝热毯、导星传感器、陀螺仪、电压传感器、温度传感器和电池模组等都经历过维修或者更换。那么在掌握一定的伺服控制技术的基础上,对整个伺服控制系统开展故障监测诊断和容错控制就具有非常高的科研价值和实际意义。首先,本文对望远镜伺服控制系统中逆变器的故障诊断与容错控制进行了研究。由于现有的诊断算法均没有考虑电机因逆变器开路故障停机后情况的诊断,先是分析了永磁同步电机在逆变器出现故障后的运行状态,总结出了电机逆变器开路故障后电机运行状态与电机本身参数和故障前运行状态的关系。通过分析故障后的电流特征,针对当前对多管故障研究较少的现状,提出了一种简洁高效的永磁同步电机逆变器单管或多管同时开路故障的诊断方法,仿真与实验结果均证明了算法的有效性;进一步的针对现有的逆变器开路故障诊断方法在诊断时间上无法满足超低速电机运行工况的问题,通过分析逆变器的暂态特性,提出了一种可以快速诊断出超低速电机逆变器开路故障的诊断方法,该方法不需要完整周期的电流信号当做输入,在电机因为逆变器开路故障而导致停机的情况下依然可以定位到故障的功率管,并且可以直接集成到电机的控制程序中,起到实时监测的效果,得到的仿真与实验结果均支持我们的结论;进一步的为区分逆变器开路故障与电机相绕组开路故障,提出了一种基于矢量电压注入的逆变器和电机相绕组开路故障诊断方法;最后在诊断出故障功率管的基础上,为能够让电机在出现故障的情况下仍然能够运转,提出了一种3相4开关的永磁同步电机容错SVPWM控制算法,并分别给出了直接转矩控制和矢量控制的框架。最后整合逆变器诊断与容错控制算法,提出了针对望远镜主轴伺服控制系统的逆变器容错控制策略框架。其次,本文对望远镜伺服控制系统中电流传感器的故障诊断与容错控制进行了研究。先是针对3电流传感器设计的永磁同步电机伺服控制系统,提出了一种基于电流信号幅值跟踪算法的电流传感器故障诊断方法,可以诊断出电流传感器的损坏、增益和0点漂移故障,给出了仿真与实验验证;进一步的针对2电流传感器设计的永磁同步电机伺服控制系统设计了基于坐标变换的电流传感器增益和损坏故障的诊断方法;由于传统的基于观测器的电流传感器容错控制方法在电机低速状态下无法满足需求,基于模型简化理论,为永磁同步电机设计了无电流传感器的鲁棒容错控制策略和基于二阶自抗扰控制器的容错控制策略,实现了电机的电流传感器故障容错控制,仿真与实验结果均显示能达到预期的要求。最后整合电流传感器诊断与容错控制方法,提出了针对望远镜主轴伺服控制系统的电流传感器容错控制策略框架。然后,本文对望远镜伺服控制系统中电机绕组匝间短路故障的建模与故障诊断进行了研究。先是提出了永磁同步电机匝间在短路故障下自然坐标系当中的数学模型,比以往基于同步旋转坐标系的模型更能体现匝间短路故障的真实特征,通过分析所提出模型的故障响应,提出了一种基于频率跟踪算法的永磁同步电机匝间短路故障诊断方法,并通过真实的电机破坏性实验证明了所提出算法的有效性。