目前,由于电力电子技术在工业上的发展越来越迅速,使得电力变换器的应用在交流变频调速系统中同样得到了很大的进步。这时出现了一种新型的电力变换装置叫做矩阵变换器,其拥有很多传统电力变换器所不具备的优点和特性,成为了工业发展中的重点研究对象。近年来,在研究传统矩阵变换器的基础上,相关的学者研究人员又根据电路结构提出了新的拓扑结构,即双级矩阵变换器。本文将以双级矩阵变换器作为研究的对象,从基本理论、实验仿真再到实际应用这几个方面进行研究。主要内容如下:首先,概述了双级矩阵变换器的基本工作原理,分析了由传统矩阵变换器到双级矩阵变换器的演变过程,比较了几种典型的双级矩阵变换器的拓扑结构并选出了最佳拓扑结构;其次,根据新型的拓扑结构研究了双级矩阵变换器整流级和逆变级的双空间矢量控制策略,并作为论文的重点进行了分析;另外,还研究了在传统矩阵变换器中应用较广泛的的换流策略,同时最为对比,分析了双级矩阵变换器的换流策略。然后,在基本原理分析的基础上,通过Matlab/Simulink仿真平台,基于整流级无零矢量和整流级有零矢量这两种调制策略分别进行了仿真模型的搭建来进行验证;并在双级矩阵变换器理论和实验研究的基础上,分析了基于双级矩阵变换器的永磁同步电机调速系统的应用,并通过MATLAB搭建了系统仿真模型,通过仿真结果进行了验证。最后,以DSP为控制核心来搭建基于TSMC的永磁同步电机调速系统的硬件实验平台,分析了硬件部分主要电路的实现和功能作用原理,为其在工业上的实际应用奠定了一定的基础。