本文首先阐述了交流电机变频调速的应用现状，综述了直接转矩控制的优点和存在的问题，特别是传统DTC在转矩脉动控制上存在的缺憾。因此，本文以感应电机直接转矩控制方案的改进，转矩脉动的原因及其对策、扩展卡尔曼的无传感器技术以及高性能数字控制器的实现等为研究重点。 系统地综述了感应异步电动机直接转矩控制理论，拓展了原有的控制方法，明确了空间电压的作用时间是减小转矩脉动的关键，据此提出了包括加权最优的新型控制方法。实验验证表明采用新的控制方法提高了感应电机直接转矩控制性能。 无速度传感器技术在电机应用上是一个很重要的研究方向，本文研究了基于扩展卡尔曼滤波算法的转速辨识方法。给出了Matlab的仿真波形，验证了该方法的有效性。 分析了影响传统直接转矩控制系统低速性能的主要原因，是非零矢量的固定控制时间施加是造成直接转矩脉动的内在根本原因。在此基础上提出了两种新的控制方法，预测控制以及磁链和转矩脉动的加权最优控制策略。预测控制方法通过转矩和磁链误差计算出下一控制周期所要加的空间矢量，利用相邻的矢量合成出所需要的矢量；磁链和转矩脉动加权最优方案不用复杂的计算，而只要运用初等代数的方法即可实现，方案简单、容易实现。仿真和实验均表明采用该方法在没有降低直接转矩控制的性能的情况下，改进了电机的磁链和转矩脉动性能，并使电磁噪声得到了很好的抑制。 推导了两种死区电压补偿的方法，电压补偿和时间补偿。其中时间补偿方法，简单实用，仅需要对控制软件稍加修改，无须添加硬件，即可有效地补偿死区效应的影响。该方法对于DTC逆变器的死区补偿具有较强的实用价值。 本文系统中采用了硬件和软件相结合的软启动方法，硬件利用限流电阻作为限流启动，软件针对感应电机的特点，提出了分区加权最优的控制策略。实验验证表明，采用该方法能有效抑制系统在启动过程中对主电路所带来的冲击作用，较好的解决了直接转矩控制系统中没有电流环的问题，同时也改善了电机的启动性能。 利用TI公司的TMS320LF2407A微处理器，搭建了感应异步电动机直接转矩控制系统的实验平台。在此基础上进行了一系列试验，通过改进DTC控制算法和传统DTC控制方式的比较，得出了改进控制算法的直接转矩控制所具有的优势。说明该控制系统具有良好的动、静态性能，降低了转矩脉动，以及提高的抗负载扰动能力。