直接转矩控制是继矢量控制技术之后一种新型的高性能的交流调速传动控制技术,它省掉了复杂的矢量变换,具有系统结构简单,静、动态性能优良等优点。目前的直接转矩控制系统大多采用传统的交—直—交变换器,其广泛应用给电力系统造成严重的谐波“污染”,双级矩阵变换器能够从根本上克服传统的交—直—交变换器所固有的缺点。为了实现异步电动机的高动、静态性能调速,又能满足日益严格的电网电能质量的要求,文中将直接转矩控制和双级矩阵变换器的性能优点相结合,采用了一种新型的双级矩阵变换器驱动异步电动机的直接转矩控制系统方案,使组合控制系统成为了一种对电网无污染、高性能的绿色交流调速系统。借助传统的交-直-交电力变换器组成的直接转矩控制系统,深入分析了异步电动机直接转矩控制的基本原理和实现方法,在对双级矩阵变换器进行较为详细的研究基础上,得到了基于直接转矩控制的双级矩阵变换器的调制策略;针对PI控制器对负载变化的适应能力差、抗干扰能力弱和受系统参数变化影响等弱点,提出了采用实用非线性控制器—自抗扰控制器代替PI控制器的新方案。利用Matlab/Simulink仿真软件对组合控制系统进行了详尽的仿真研究,构建了两种速度控制器的仿真模型。仿真实验结果表明,双级矩阵变换器与交-直-交电力变换器一样能很好地实现异步电动机的直接转矩控制,同时,它克服了后者的输入电流谐波含量大、输入功率因数低的缺点。仿真实验结果还表明,与PI控制器相比,基于自抗扰控制器控制的异步电动机调速系统具有更加优越的动态性能,有良好的适应性和鲁棒性。在理论研究的基础上,设计了一套组合控制系统的实验装置。其中包括主电路、采样电路和选用TMS320LF2407A芯片作为主控芯片构成控制电路的硬件设计,基于DSP的控制算法实现。