电力推进以其众多优越性成为船舶推进方式的重要发展方向,永磁同步电动机(PMSM)目前是吊舱式推进器的最佳选择,相比于矢量控制,永磁同步电机直接转矩控制系统(DTC)结构简单、动态性能好,在船舶电力推进系统中有更大的发展空间。因此以船舶永磁同步电机为对象,以直接转矩控制理论为基础,深入研究转矩控制、转速调节、定子磁链估计以及无速度传感器的转速估计方法,在Matlab/Simulink中进行仿真并做相应的分析。首先,在永磁同步电机数学模型的基础上,研究直接转矩控制系统,对其特点进行分析,以精确补偿定子磁链和电磁转矩误差为切入点,将空间电压矢量调制技术(SVPWM)引入直接转矩控制系统,设计基于预期电压计算和SVPWM的转矩控制器,仿真结果证明SVPWM能有效降低磁链和转矩脉动。其次,以扩张状态观测(ESO)原理为基础,分析永磁同步电机在两相静止坐标系下的数学模型,设计ESO定子磁链观测器,将磁链微分方程中的定子磁链项估算出来,作为磁链观测信号;设计ESO转速观测器,将电流微分方程中的电机转速项估算出来,作为转速反馈信号。将两个观测器应用于永磁同步电机直接转矩系统,仿真结果表明ESO磁链观测器估算精确,稳定性好,不易受定子电阻变化影响;ESO转速观测器辨识精度高,转速跟踪效果好。然后,根据自抗扰控制(ADRC)原理和永磁同步电机转子运动方程,设计基于自抗扰控制器的电机调速系统,重点阐述ADRC转速控制器的设计过程以及控制器参数的整定方法。通过仿真实验模拟各种扰动情况,结果表明,采用ADRC转速控制器可解决系统快速性和超调的矛盾,且能够有效抑制扰动,提高了系统的鲁棒性。最后,以中铁渤海铁路轮渡为母型船,研究船体运动和螺旋桨负载特性,构建基于ADRC转速调节、ESO磁链与转速观测和SVPWM技术的新型DTC策略下的船舶电力推进系统。分别进行电机起动、电机参数变化、螺旋桨受阻和螺旋桨出水等仿真实验,结果表明新型DTC策略下的船舶电力推进系统脉动减小,无超调现象,对扰动有抗干扰性,转速辨识效果好,可实现无速度传感器运行。