永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因具有功率密度高、工作效率高等优点被广泛应用到工业生产、新能源汽车等场合,所以PMSM控制成为学者的研究热点。目前PMSM控制系统已经十分成熟,然而在一些特殊场合,逆变器需要具有容错能力。当逆变器的某一相桥臂发生故障时会导致系统无法工作,因此提出将故障后的逆变器重构为三相四开关拓扑结构,实现逆变器的容错运行。本文针对三相四开关逆变器供电PMSM系统进行理论研究,将预测直接转矩控制和混合空间矢量调制方式应用到控制系统中,使PMSM转矩脉动最小化。首先,本文分析了PMSM和三相四开关逆变器的数学模型,并根据直接转矩控制算法的基本原理,构建出三相四开关逆变器供电PMSM直接转矩控制系统。控制系统中主要建立了三相四开关矢量开关表和定子磁链、转矩观测器。通过搭建仿真模型并对其控制效果进行分析,验证了控制算法的合理性。其次,由于三相四开关逆变器供电条件变差以及直接转矩控制固有的缺点,导致系统稳态运行过程中存在较大的转矩脉动。为了解决直接转矩控制中PMSM转矩脉动较大的问题,本文基于预测直接转矩控制思想,建立了三相四开关逆变器供电PMSM预测直接转矩控制系统。该算法中,通过电磁转矩和定子磁链与电压矢量的关系预测出使PMSM转矩脉动最小的电压矢量,并利用三相四开关空间矢量调制策略合成该电压矢量。仿真结果表明,与直接转矩控制相比,该算法降低了系统稳态运行过程中PMSM转矩脉动,同时保持较好的动态性能。再次,三相四开关空间矢量调制策略中不同零矢量合成方式对PMSM转矩脉动的影响也不同。为了实现预测直接转矩控制系统中PMSM转矩脉动的最小化,本文提出了混合空间矢量调制策略。通过转矩脉动有效值的方法分析不同零矢量合成方式对PMSM转矩脉动的影响,同时利用简化的工程近似算法对扇区重新划分,得出在各个扇区使用的零矢量合成方式。仿真结果表明,混合空间矢量调制可以使预测直接转矩控制系统中PMSM转矩脉动最小化。最后,本文搭建了三相四开关逆变器供电PMSM控制系统实验平台,并对本文提出的预测直接转矩控制策略和混合空间矢量调制策略进行实验验证。通过对实验结果的分析得出本文提出的控制策略可以有效解决PMSM转矩脉动大的问题。