本文以与美国密歇根州立大学电机驱动实验室和电能转换实验室合作的“永磁同步电机直接转矩控制策略的研究”课题为背景,在对永磁同步电机传统直接转矩控制进行研究的基础上,主要围绕降低转矩脉动、定子磁链脉动和逆变器开关频率等问题,对永磁同步电机模型预测直接转矩控制和占空比调制直接转矩控制两种控制策略进行深入的研究,主要工作体现在以下几方面:首先对永磁同步电机模型预测直接转矩控制进行研究。通过对电机连续方程进行离散化得到电机预测模型,可以预测电机定子磁链、定子电流和转矩的变化。实现模型预测直接转矩控制的单步预测和多步预测,提出两种不同的多步预测方法,分别为定步长多步预测方法和变步长多步预测方法,其中变步长多步预测方法能够通过调节预测步长实现对算法运算量和控制性能的权衡。对两种多步预测方法的预测误差进行研究,并针对单步预测和多步预测提出相应的算法简化措施。选取转矩脉动、定子磁链脉动和逆变器开关频率为控制性能指标,采用权重系数可调的性能指标评估函数对预测结果进行综合误差评估,通过调节各项指标的权重系数实现不同的控制性能。实验结果验证了提出的模型预测直接转矩控制方法的有效性和优越性。然后对永磁同步电机占空比调制直接转矩控制进行研究。建立不同电压矢量作用下的转矩变化率和定子磁链变化率数学模型,并对转矩变化率和定子磁链变化率在单个控制周期内的变化进行研究。通过引入转矩误差权重系数和定子磁链误差权重系数,可以根据转矩和定子磁链的综合误差计算占空比,达到同时降低转矩脉动和定子磁链脉动的目的,同时通过调节转矩误差权重系数和定子磁链误差权重系数实现对转矩脉动抑制和定子磁链脉动抑制的权衡。根据控制目标的不同,提出三种不同的占空比计算方法,同时提出一种简单有效的基于PI控制器的占空比确定方法来降低算法的复杂度和参数敏感度。实验结果验证了提出的占空比调制直接转矩控制的有效性和优越性。对提出的模型预测直接转矩控制和占空比调制直接转矩控制的控制性能进行全面的对比分析。首先对模型预测直接转矩控制的单步预测、定步长多步预测和变步长多步预测三种方法进行对比分析,实验结果证明模型预测直接转矩控制的控制性能优于传统直接转矩控制,多步预测的控制性能优于单步预测,变步长多步预测方法能够实现对算法运算量与控制性能的权衡。其次对基于三种不同占空比计算方法的占空比调制直接转矩控制进行对比分析,实验结果表明三种方法的控制性能各不相同,但是均优于传统直接转矩控制。最后对传统直接转矩控制、模型预测直接转矩控制、占空比调制直接转矩控制和传统磁场定向控制进行实验对比,对比内容包括稳态控制性能、动态响应过程、逆变器开关频率、电机损耗、算法复杂度和参数敏感度等,并对各种控制方法的优缺点进行详细的分析。开发基于NI 7852R控制模块的永磁同步电机控制系统实验平台,完成相关软硬件设计,实现传统直接转矩控制、模型预测直接转矩控制、占空比调制直接转矩控制和传统磁场定向控制四种控制方法,对各种控制方法进行详尽的实验研究。