永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motors,PMSM)在工业生产等领域具有很多优势,例如运行高效、具有较小体积等,因此PMSM的应用十分普遍。直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)有着响应迅速、计算过程简单等特点,但是其存在转矩脉动过大的问题限制了在实际中的应用。本文以PMSM DTC系统应用为背景,为进一步提高其控制性能,在滑模变结构理论的基础上引入了分数阶理论。本文的主要内容如下:首先,在三相静止坐标系、两相静坐标系和旋转坐标系中建立了PMSM的数学模型,并对直接转矩控制原理进行分析。针对其转矩脉动过大的缺点,引入空间矢量调制(Space Vector Modulation,SVM)技术进行改进,并分析了SVM-DTC系统的实现原理与不足之处。其次,针对SVM-DTC系统转速和转矩环采用的PI控制器导致的控制精度不高的问题,设计了一种转矩、磁链分数阶滑模控制器,在滑模切换面设计中引入了分数阶微积分项,此外,结合负载扰动观测器,设计了一种复合滑模速度控制器,充分发挥了DTC的迅速响应能力,并且减小了转矩和磁链出现的脉动现象。仿真结果表明,该控制系统有更好的动静态性能,控制精度大幅提高。最后,基于常规滑模观测器(Sliding Mode Observer,SMO),将分数阶微积分理论引入永磁同步电机数学模型,设计了一种分数阶SMO,结合锁相环技术,解决了常规SMO中存在的相位滞后等问题。仿真结果表明,改进后的分数阶滑模观测器能更准确地估算转子位置和转速信息。