变频交流电源系统以其高可靠性、体积重量小、容量大，并且能够匹配恒频电源系统的大部分负载，因此成为当前先进民用飞机的主流电源系统。为进一步减轻系统体积重量，起动发电一体化成为变频交流电源系统中的关键技术。然而变频交流发电机应用于起动过程中面临诸多问题，对起动控制策略的研究势在必行，也逐渐成为各大航空电气公司以及院所高校研究的热点。三级式同步电机是当前航空电源系统最常用的无刷励磁同步电机，励磁控制策略和起动控制策略的研究是基于该电机的无刷励磁起动发电系统实现起动功能的关键，国内外学者均对其展开了大量的研究工作。本文开展对无刷励磁同步电机的励磁和起动控制的实现以及协调控制技术的研究，详细分析与验证了交、直流励磁一体化控制策略的可行性，在此基础上，提出一种基于气隙磁链矢量控制的无刷励磁同步电机起动控制策略，实现了变频交流电源系统的起动控制功能。本文首先针对励磁绕组开路型三级式同步电机的新型结构，建立其数学模型，并详细分析了新型励磁机和主电机在起动过程中的控制策略；在此基础上，提出一种基于气隙磁链的矢量控制，实现了对起动系统输出转矩的控制策略，并通过比较改进型积分器与传统型积分器的优缺点，给出了气隙磁链观测的具体实现方案。针对本文所提出的励磁控制策略和起动控制策略，基于无刷励磁同步电机起动系统的各部分的数学模型，搭建了变频交流电源起动系统的仿真模型，通过仿真模型初步验证了控制策略的可行性；最后，以TMS320F28335作为主控芯片构建了系统的硬件平台并编写了相关程序，对本文提出的变频交流起动系统的控制策略进行了实验验证。