永磁同步电机结构简单、功率密度高、效率高,使其在军事、工业、农业等诸多场合得到了广泛地应用,研究永磁同步电机的高性能控制策略具有非常重要的经济意义和社会意义。针对永磁同步电机,有两种主要的控制方案,分别是“矢量控制(FOC)”和“直接转矩控制(DTC)”。直接转矩控制方案将转矩直接作为控制对象,转矩响应快,而且电压模型直接转矩控制是一种本质上的无速度传感器控制,因此,自从1997年提出永磁同步电机直接转矩控制方案后,它便迅速成为电机领域的研究热点。本文围绕永磁同步电机直接转矩控制展开研究工作,主要以表贴式永磁同步电机为对象,针对直接转矩控制中的相关内容进行理论分析和仿真及实验验证,希望进一步推动直接转矩控制技术在永磁同步电机驱动中的应用。本文的主要内容如下:对永磁同步电机结构及控制方法进行了概述,其中针对永磁同步电机直接转矩控制的研究内容非常广泛,文章就这种控制策略的系统结构进行了较为全面的总结,主要包括两大类,分别是开关表模式和空间矢量调制模式。定子磁链观测是永磁同步电机直接转矩控制的重要环节,本文分析了电压模型和电流模型两种主要的磁链观测方法的原理及差异。指出了纯积分器存在的问题,并且证明可以通过低通滤波器取代纯积分器来解决积分初值和误差累积问题。针对低通滤波器带来的幅值及相角误差,通过对输入信号的处理实现有效补偿。仿真及实验结果证明了补偿策略的有效性,从而可以由电压模型对定子磁链实现准确观测。针对正交坐标系中SVPWM算法耗时较多的问题,本文在充分分析60o坐标系特点的基础上,提出了基于60o坐标系的SVPWM算法及相应的SVPWM过调制算法,有效节省了CPU的执行时间,这正好符合直接转矩控制转矩响应快的优点,有利于SVPWM在直接转矩控制中的应用。文中通过仿真和实验证实了这个算法。传统的永磁同步电机直接转矩控制中,定子磁链幅值的给定值一般是恒定的,但是电机的运行工况是多样的,这就导致了电机运行效率的降低。本文在分析定子磁链矢量与电流矢量关系的基础上,从定子电流最优控制的角度出发,提出非恒定磁链幅值的给定方式,可以使电机的运行效率得到提高。仿真和实验证实了算法的正确性。在逆变器直流侧电压一定的情况下,电机的运行速度受到限制。文章分析了弱磁升速的原理及直接转矩控制中弱磁的实现原理,为了提高直流侧电压的利用率,增强逆变器的输出能力,将60o坐标系过调制策略引入到弱磁控制中,提出了引入过调制后弱磁的设置方法,对比分析了过调制前后电机弱磁时的运行性能,证实了引入过调制后可以提升电机运行效率。基于TI公司的数字处理器和三菱公司的智能功率模块设计了永磁同步电机直接转矩控制的实验平台,相关的实验研究结果证实了平台的可靠性。