永磁同步电动机具有高转矩惯量比、高功率因数以及高效率等优秀特性，在高性能电气传动控制系统中得到了越来越多的应用。直接转矩控制是一种高性能的电动机控制方法，具有控制结构简单，动态响应快速的优点，但是它也存在转矩和磁链波动大，开关频率不恒定的缺点。为此，本文对永磁同步电动机直接转矩控制进行了深入研究。　　本文首先建立了永磁同步电动机的动态数学模型，在此基础上结合电压矢量对转矩和定子磁链的控制作用，阐述了永磁同步电动机直接转矩控制的基本原理和结构。通过转矩和磁链的离散方程，推导出转矩变化率和磁链变化率关系式，讨论了它们与电动机参数、控制周期以及直流电压的变化关系。　　在实际的离散控制情况下，电动机转矩会超过滞环控制器的边界，表现出较大的波动。本文在分析滞环控制缺点的基础上，基于模糊控制理论对传统滞环结构进行改进。应用模糊控制器取代滞环控制器和开关矢量表，将转矩误差、磁链误差作为模糊输入量，利用隶属度的概念判断转矩误差和磁链误差的偏差程度，进而选择合适的电压矢量，可以减小转矩波动。另外，提出了一种模糊占空比直接转矩控制方法，在传统滞环结构的基础上加入模糊占空比控制器。由于模糊占空比控制器考虑了电动机转速的影响，因此在减小转矩波动的基础上，可以有效消除转矩的稳态误差。通过仿真验证了所设计的模糊控制器的有效性。　　基于空间矢量调制的直接转矩控制，可以在有效减小转矩波动的同时，获取恒定的开关频率。本文对基于参考磁链矢量计算的直接转矩控制的原理进行了详细分析，通过对非线性的转矩方程进行局部线性化，获取了转矩环控制模型，由此对转矩环控制器参数进行了设计。另外，对基于定子磁链定向的直接转矩控制原理进行了分析，并设计了转矩环控制器和磁链环控制器的参数。通过仿真验证了所设计的方案可以有效减小转矩波动，并证明了所提出控制器参数设计方法的有效性。　　永磁同步电动机本质上是一个复杂的非线性、多参数控制对象，同时受到不确定负载扰动的作用。为了有效利用永磁同步电动机的非线性特性实现对其的高性能控制，本文提出了滑模反步直接转矩控制策略。利用指数趋近律设计了滑模速度控制器，有效抑制了外部扰动的影响，并通过建立转矩和磁链子系统，设计了反步控制器，实现了转矩和磁链的解耦控制。通过李雅普诺夫稳定性定理，证明了所设计的非线性控制器是稳定的。通过仿真验证了所提出的控制策略的正确性和有效性。　　针对永磁同步电动机无速度传感器直接转矩控制，对传统滑模观测器的原理和结构进行了分析。由于传统滑模观测器需要使用低通滤波器对观测到的反电动势项进行滤波，并对估算角度进行相应的补偿，故结构复杂且精度有限。在此基础上，本文使用sigmoid连续函数代替了开关函数，避免了使用滤波器对观测精度造成的影响，并结合反电动势观测器设计了一种改进的滑模观测器。仿真结果表明，所设计的改进滑模观测器能准确的实现对转子位置和转速的观测。　　最后以TI公司TMS320F28335为核心处理单元搭建了物理实验平台，介绍了实验平台的硬件结构及软件控制流程，并在此平台上对本文研究的直接转矩控制策略进行了实验，对实验结果进行了比较和分析。