随着新型永磁材料、现代电力电子技术和运动控制技术的迅猛发展,永磁同步电机以其结构简单、功率密度大和效率高等优点在高性能交流调速领域受到了广泛关注。直接转矩控制作为一种优秀的交流调速策略,正朝着高压大容量的方向发展。多电平逆变器由于开关应力小、输出谐波含量低等特点,在大容量交流调速系统中优势明显,其中二极管钳位型三电平逆变器应用最为广泛。本文针对二极管钳位型三电平逆变器供电的永磁同步电机直接转矩控制系统,进行了理论分析、仿真研究和实验验证。在多电平逆变器和直接转矩控制的理论基础上,建立了永磁同步电机和二极管钳位型三电平逆变器的数学模型,详细分析了三电平逆变器供电的直接转矩控制系统中存在的问题。基于传统的单一矢量法和虚拟矢量法,研究了两种新颖的三电平逆变器直接转矩控制方案。方案一为基于虚拟矢量的三电平模糊直接转矩控制,设计12个等幅值虚拟电压矢量,将转矩和磁链偏差模糊化,扇区编号映射以减少模糊推理规则,模糊控制器输出虚拟矢量编号,中点电压平衡通过滞后控制实现;方案二为虚拟矢量调制的三电平直接转矩预测控制,通过空间矢量方程导出预测电压矢量,设计12个虚拟矢量进行合成,中点电压平衡采用滞后控制。两种方案均引入虚拟矢量的思想,在满足控制系统稳态和动态性能基础上,实现对三电平逆变器输出电压幅值跳变和直流侧中点电压平衡的控制。最后,应用Matlab/Simulink软件对两种三电平逆变器直接转矩控制方案进行了仿真研究,验证了所提控制方案的正确性;并搭建了二极管钳位型三电平逆变器交流调速实验平台,基于TMS320F2812根据硬件平台编写软件控制程序,对三电平逆变器传统SVPWM算法进行了部分实验验证。