电励磁双凸极电机(DSEM)具有开关磁阻电机结构简单、可靠性高等优点,又由于励磁电流可控,发电调压控制简单,易实现起动/发电双功能,成为新型起动/发电系统研究领域的又一选择,由其构成的直流发电机系统非常适合于航空、风力风电等领域。因此开展电励磁双凸极电机起动/发电机系统研究具有重要的意义。本文主要研究DSEM起动/发电机系统在起动、起动/发电切换、发电运行过程中各个环节的工作特性。在DSEM电感建模的基础上分析其电动、发电运行过程中绕组中点电位变化情况;研究起动过程励磁电流的变化规律与控制方法;起动/发电切换过程中变换器、电机运行状态变化过程;发电机运行过程中系统参数辨识及控制方法以及起动过程中变换器故障的诊断与容错控制。针对6/4结构DSEM,通过磁路与数学模型分析起动、发电工作原理,在此基础上采用分段准线性电感建模技术,研究DSEM电动、发电运行过程中三相绕组中点电压的变化规律以及该中点电压突变对电机运行情况的影响,提出从电流控制方法和电机绕组设计两个方面抑制中点电压变化的控制策略;在发电运行过程中考虑电枢反应对中点电压的影响,从利用中点电压的角度,提出一种发电运行状态的八管整流模式,以提高发电机系统的输出特性。推导了起动过程中电枢电流产生的磁链在励磁回路感应的电势对励磁电流、输出转矩的影响。恒转矩阶段,通过励磁恒流控制维持励磁电流不变,保证输出转矩恒定;恒功率阶段,为解决DSEM绕组电压难以作为弱磁控制基准的问题,提出一种通过三相绕组端电压整流值反馈实现弱磁控制方法,并与DSEM提前角度的等效弱磁控制相比较。最后通过仿真、实验验证了该方法有效地利用了DSEM励磁电流可控的优点,实现了恒功率弱磁控制,大大提高了DSEM起动过程的转速范围。首次建立DSEM起动/发电机系统一体化仿真模型,结合变换器的工作情况,仿真揭示了DSEM起动/发电切换瞬态过程存在三个运行状态:能量回馈阶段、电容放电阶段、发电建压阶段,并通过实验结果详细给出了各个运行状态的工作原理。针对DSEM发电系统的非线性特性,通过参数辨识的方法获得系统的开环传递函数类型,在此基础上设计系统的校正环节,无需考虑DSEM的非线性电感等特性,简化发电系统的设计过程,并通过两台不同功率等级的DSEM发电机验证了该方法的正确性。从提高系统的可靠性出发,对DSEM起动/发电机系统的最薄弱环节——功率变换器的各种故障状态进行详细分类,并分析其对系统输出特性的影响。从故障后容错的要求出发,对常见的功率管故障,分别通过软件、硬件法辨别故障发生位置。对故障率较高的单管、单桥臂开路故障,提出一种通过双向开关将故障桥臂切除,引入四管三相变换器实现故障变换器重构的方法,在线改变系统控制策略,实现故障后的容错控制。构建基于数字信号处理器DSP和可编程逻辑器件CPLD的DSEM起动/发电机一体化系统实验平台,为系统各种特性的理论、仿真分析提供实验验证。