随着我国航空航天技术的发展,新一代运载火箭对伺服系统的可靠性提出更高的要求,希望系统在发生故障的条件下仍能够可靠运行,本文重点研究容错技术在机电伺服系统中的应用。本文采用绕组冗余式五相电机方案实现电机本体的容错,详细分析了五相永磁容错电机的特点,明确容错电机必须具备电气隔离、物理及热隔离、磁隔离以及抑制短路电流的能力,并通过单层集中绕组、隔齿绕制、H桥供电、增大槽口漏感等方式实现电机的隔离要求。通过对电机使用条件、功率密度、转矩波动、控制资源等约束的分析,确定了以耐高温钕铁硼作为永磁体材料,Halbach充磁方式,五相十槽十二极单层集中式绕组为特征的电机方案。容错电机能够实现容错运行依赖于其控制算法,容错电机的控制算法分为正常状态下控制算法及故障状态下控制算法。本文建立五相容错电机数学模型,推导出两种正常状态下基于H桥的电压空间矢量控制算法(相邻二矢量法和相邻四矢量法),并利用Matlab-Simulink进行算法仿真分析,比较两种算法的优劣,最终确定选用相邻四矢量的电压空间矢量算法作为容错电机正常状态下的控制算法。故障诊断是为了在故障初期对故障的发生进行快速检测,并达到对故障相进行切除隔离,为系统决策提供参考,避免故障进一步扩大的目的,也是系统切换容错算法的关键环节。本文对容错电机的故障特征进行分析,明确电机故障主要为开路故障和短路故障,并对两种故障分别提出诊断方式,推导出针对两种故障的容错算法,并分别进行有限元仿真分析,实现算法的有效性验证。对于容错电机的控制,其基本要求为转矩响应快,精度高,波动小,其关键在于实现对电机瞬时转矩的高性能控制。本文提出两种基于Id=0的控制系统:单空间矢量控制及双空间矢量控制。在正常状态下,电机采用基于电压空间矢量算法的单空间矢量控制;处于故障状态时,电机将采用基于电流滞环算法的双空间矢量控制。本文针对两种状态下的控制系统进行仿真建模分析,验证容错控制方案的有效性。最后进行试验,搭建试验平台,对基于H桥的五相容错电机控制算法进行验证,通过电机空载、带载运行,故障模拟等试验验证环节,分析实验结果,证明本文所设计的五相容错电机在容错算法控制下可以在一度故障状态下稳定运行。