永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有效率高、转矩惯量比大、调速范围宽、结构简单等优点,在电力拖动领域得到了广泛的应用。针对于PMSM在平流层推进动力系统的应用问题,本文着力于建立PMSM的非线性模型,研究控制算法,提高其性能。永磁同步电机是多变量、强耦合、非线性时变系统,忽略非线性因素得到的模型,无法准确描述其动态过程。为了更好地研究控制算法,考虑电机内部各种非线性因素的精确PMSM模型显得尤为重要。本文考虑磁路交叉饱和、转子磁场谐波的影响,基于有限元分析,使用冻结磁导率法研究了交叉饱和效应对d、q轴电枢反应电感的影响,计算得到了三相正弦IPMSM的d、q轴电流磁链、永磁磁链、自感和互感与电流的非线性关系,在SIMULINK中建立了电机的非线性模型并进行了负载开环仿真。结果表明,本文所建立的仿真模型与有限元分析结果吻合良好,证明了模型的准确性和可靠性。为进一步研究PMSM的优化控制策略奠定了基础。磁场定向控制(Field Oriented Control, FOC)作为一种常用的PMSM控制方法,实际上是一个稳态解耦控制,仅当磁链达到稳定时,转矩和转速的解耦关系才成立。本文在PMSM调速系统中使用了一种单神经元解耦与非线性PID控制结合的方法。仿真结果表明,使用解耦控制方法,电机响应速度快,稳态误差几乎为0,并且没有超调和振荡,削弱了非线性因素导致的转速波动。最后完成了PMSM调速系统设计,并在该平台上进行了FOC和解耦控制实验验证。