永磁同步电机由于具有高功率密度、高功率因数、结构简单、体积小、可靠性高、便于维护等优点,被广泛应用在风力发电、新能源汽车、数控机床以及航空航天等领域。永磁电机作为相关应用领域的执行元件,其驱动系统的好坏,直接影响着整套设备的整体性能。因此,本文选择永磁同步电机驱动系统作为研究的重点。鉴于在永磁同步电机中凸极机比隐极机具有更高的转矩电流比、更宽的调速范围和更强的弱磁控制能力,且现有文献对隐极式永磁同步电机控制策略的研究也比较详细,而凸极机由于其dq轴电感值不相等,导致有关控制策略的开发难度相对比较大,因此本文以凸极式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)为主要研究对象,尝试利用新提出的定子磁链控制方案来获得较高的转矩响应速度和较低的转矩脉动输出。在定子磁链控制方案中,由于直接使用空间电压矢量调制算法(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)来合成参考电压矢量,使得驱动系统附带很高的共模电压输出。为此,本文通过使用修正PWM调制算法来减小驱动系统输出的共模电压,避免电机转轴轴承的过早损坏,进而提高IPMSM的可靠性。另外,鉴于IPMSM驱动系统中功率开关管是一个容易发生故障的薄弱环节,为使IPMSM驱动系统具有一定的容错运行能力,针对逆变器的单相桥臂故障,本文选择三相四开关逆变器作为驱动器故障后的容错运行拓扑,并将定子磁链控制引入到IPMSM驱动系统的容错运行控制当中。首先,推导了基于凸极式永磁同步电机的定子磁链关于时间的微分方程,分别建立了凸极机在静止坐标系下和旋转坐标下以定子磁链为状态变量的状态空间模型。提出了一种基于定子磁链控制的直接转矩控制方案,并分别在旋转坐标系下和静止坐标系下实施。在该方案中,首先分析了定转子磁链矢量之间的位置关系,并将系统的速度外环输出作为转矩角的期望值,进而计算出下一时刻定子磁链矢量的期望值;其次,构建无差拍全阶状态观测器,实现对定子磁链的闭环观测;通过设计状态反馈增益矩阵将系统的闭环极点放置在z平面的正实轴上,并预留一个参数来改变闭环系统的极点位置,调节系统的性能;最后,根据系统的定子磁链误差矢量和所选择的状态反馈增益矩阵来计算参考电压矢量,并将其送入SVPWM模块中。该方案与传统的PI+SVMDTC控制方案相比,移去了转矩环,只通过定子磁链环来控制系统的转矩输出,因而具有更快的转矩响应速度;同时直接以电机内部的定子磁链为控制目标,系统输出的谐波含量更低。实验结果验证了所提控制方案的有效性和优越性。其次,为避免定子磁链控制方案中因采用SVPWM调制方式所产生的共模电压对电机转轴轴承造成的电腐蚀,本文利用AZPSWM1调制算法和NSPWM调制算法来降低驱动器输出的共模电压幅值。鉴于在逆变器正常运行过程中死区时间是必不可少的,本文分别分析了死区条件下,采用AZSPWM1和NSPWM调制算法的逆变器的共模电压输出情况,分析了共模电压抑制算法失效时所需满足的负载功率因数条件和参考电压矢量所处的扇区位置。随后,本文通过限制有关电压矢量的最小作用时间来消除驱动器输出的共模电压尖峰,并分析了此最小作用时间对AZSPWM1和NSPWM适用调制范围的影响。最后,将修正后的AZSPWM1和NSPWM相结合组成混合调制模式,实现了在全功率因数条件下宽调制范围内对共模电压的有效抑制;并将此混合调制算法应用在定子磁链控制系统中。实验结果验证了本文所提出的共模电压抑制算法的有效性。最后,为使驱动器具有一定的容错运行能力,针对驱动器的单相桥臂故障,本文选择三相四开关逆变器作为其故障后的容错运行拓扑。首先,分别介绍了针对不同故障相的三相四开关逆变器的基本特点,设计了相应的无扇区SVPWM调制算法。其次,针对逆变器A相故障,分析了直流母线中性点电压基波分量与定子电流β轴分量之间的关系,基于此关系设计了一个简单算法来替代二阶低通滤波器从直流母线中性点电压中提取直流偏置,并通过PI控制器构成闭环回路实现对直流母线中性点电压中直流偏置的有效抑制。随后,分别针对B相故障和C相故障,修正了上述中性点电压控制方案。再次,针对三相四开关逆变器低频段线性调制范围比较小的问题,本文在分析了逆变器最大线性调制度与负载功率因数之间的关系后,提出了一种在不改变直流母线现有条件的前提下增大逆变器低频段线性调制范围的控制方案,并通过实验验证了该方案的有效性。最后,将定子磁链控制方案引入到基于三相四开关逆变器的IPMSM驱动系统中,并进行了实验验证。