永磁同步电机具有结构简单,能量转换效率高等优点,在工业控制和家用电器等领域广泛应用。相较于矢量控制,直接转矩控制(DTC)技术根据转矩的控制需求选择空间电压矢量,无复杂的旋转坐标变换,具有优良的动、静态性能。因此,直接转矩控制成为永磁同步电机高性能控制领域的研究热点。本文首先建立了永磁同步电机的数学模型,对传统DTC基本原理、空间电压矢量的选择方案进行分析,为进一步研究和改进DTC系统提供理论基础。其次,通过对已有DTC数学模型的分析,对转矩公式进行数学推导,指出传统DTC中定子磁链与转矩角均为可控变量,转矩受控于两者合成所得的定子磁链交轴分量。本文以此为基础分析了一种适用于面贴式永磁同步电机的无磁链闭环DTC控制方法,区别于传统转矩磁链双闭环结构,将电机转矩作为优先控制量以实现对转矩的直接控制。在理论分析的基础上,通过仿真和实验验证了该方法的有效性。随后,从拓宽电机调速范围的角度出发,将无磁链闭环DTC技术与弱磁算法相结合,深入分析限制永磁同步电机转速提升的电磁约束条件,就弱磁控制时的转矩、磁链给定方案进行研究,确定进入弱磁区域的切换方式,提出适用于直接转矩控制的弱磁方案。仿真和实验结果验证了所提方案的正确性。最后,搭建了用于验证控制策略性能的实验平台,并对硬件电路和系统软件进行了设计。在该平台上完成的无磁链闭环DTC和弱磁控制实验,表明本文所设计的永磁同步电机控制平台的可靠性。