随着稀土永磁材料性能的不断提高及其产业的快速发展，大功率永磁同步电机的功率等级已从数百千瓦发展到数兆瓦乃至数十兆瓦。在工业传动、电力机车牵引、船舶推进及风力发电等领域，以其高效节能、绿色环保而得到广泛应用。本文以大功率永磁同步电机变频调速系统作为研究对象，变频器采用二极管箝位型双三电平交直交拓扑结构，基于空间矢量调制直接转矩控制原理，研究其鲁棒控制策略，以推动大功率永磁同步电机在矿井提升机等调速系统中的应用。本文提出了一种三电平PWM整流器的H∞鲁棒控制策略。本文考虑PWM整流器各种不确定性，以奇异值作为系统性能及稳定性分析的测度，详细分析了前馈解耦方法无法实现多变量系统完全意义上解耦控制的原因。本文以闭环系统稳定性及性能条件为依据，从系统带宽的角度选择恰当的权函数，构建PWM整流器H∞鲁棒控制增广被控对象，进行控制器综合。经仿真分析与实验验证，所设计控制器具有较高的鲁棒稳定性与性能。本文提出了一种基于L2增益的永磁同步电机空间矢量调制直接转矩非线性H∞鲁棒控制策略。永磁同步电机数学模型存在固有的非线性物理关系及参数摄动。本文以永磁同步电机空间矢量调制直接转矩控制系统存在着不确定性为前提，以耗散不等式理论为依据，构造存储函数，证明对于子系统所设计的虚拟镇定函数能够满足基于L2增益的非线性H∞鲁棒控制器的两个设计要求，从而保证所设计的控制器能够使永磁同步电机控制系统具有较好的控制性能以及较强的鲁棒性。经仿真分析与实验验证，所设计控制器具有较高的鲁棒稳定性与性能。本文提出了一种具有工程实用价值的凸极永磁同步电机转子初始位置快速估计方法。依据定子侧响应电流id、iq之间的极性关系及iq的幅值与转子位置密切相关的特性，采用PI调节器设计了一个闭环的转子位置估计器，并依据直轴磁路的饱和特性，通过检测直轴响应电流的直流偏置分量来确定磁极的极性。实验证明，采用该方法可以快速估计转子初始位置，且精度较高，完全能够满足工程实际应用要求。本文采用基于电压电流混合模型的磁链观测器结构，其电压模型部分采用改进的积分器方法，以消除积分漂移等现象，并用电流模型对所估计磁链进行矫正，从而实现全速范围内的磁链估计，仿真与实验验证了所采用的磁链观测器具有较好的性能。