相比较燃油航空发动机,电动主旋翼直升机有噪声低、可靠性高、维护成本低、环保绿色、效率高、操作相对简单等优势。但存在磁链和转矩脉动过大、恒定转速跟踪恢复性能不佳、经济性不够高以及抗干扰能力弱的问题。本文用永磁同步电机作为动力源,取代传统的航空燃油发动机,对直升机进行电动化改造。建立了合适的永磁同步电机控制策略,并利用空间矢量脉宽调制技术和自抗扰控制技术对传统直接转矩控制进行优化改进。最终的仿真分析表明,改进的直接转矩控制减小了磁链和转矩脉动,减小了超调量,缩短了恒定转速的恢复跟踪时间,提升了恒定转速的跟踪性能,提高了飞行的抗干扰性能和鲁棒性。首先建立了直升机主旋翼的桨叶气动模型、自然挥舞模型和摆振模型,采用叶素理论计算了主旋翼拉力并进行了需用功率的计算分析,确定了基于恒速变距控制理论的永磁同步电机最优恒定转速,进而确定了PMSM基本原始参数和选型。其次针对PMSM恒速变距控制特点,选用了以转矩和磁链为直接控制变量且计算简单、电磁转矩变化迅速的直接转矩控制,并优化直接转矩控制本身自带的磁链脉动和转矩脉动问题,用PI调节器代替滞环比较环节,引入park反变换和零电压矢量,利用空间矢量脉宽调制技术,用圆形定子磁链控制代替正六边形的磁链轨迹控制,解决了直接转矩控制本身的脉动问题。随后基于自抗扰控制理论,改进直接转矩控制中的速度环,传统PI控制是一种被动的抗扰方式,滞后效应明显,抗扰能力有限,无法满足复杂高空环境中的抗扰需要和恒速变距控制中恒定转速的跟踪性能要求,转速不够稳定。针对之一缺点,设计了扩张状态观测器、跟踪微分器和非线性误差反馈控制律,搭建了非线性自抗扰控制器以取代传统的PI调节器,进一步提高了转速的跟踪能力和抗扰能力。最后为了进一步提高调节快速性,对速度环的自抗扰控制器进行线性化改进,使用误差函数代替非线性函数,设计了非线性状态观测器和误差状态反馈控制律,搭建了线性自抗扰控制器,简化了参数整定,进一步提升了快速性。同时针对高空干扰造成的磁链和转矩脉动,搭建了磁链环和转矩环的非线性自抗扰控制器,形成三环自抗扰的主旋翼控制系统,保证飞行的稳定性和安全性。