永磁无刷直流电机在生产实践中具有广泛的应用。但还有一些问题亟待解决和完善，如无位置传感器控制，转矩脉动抑制和容错控制等；以上问题限制了无刷直流电机控制性能的进一步提高，阻碍了它在高精度、高可靠性要求场合的应用。因此，本文在总结和借鉴前人研究成果的基础上，以提高三相无刷直流电机驱动系统的运行可靠性和降低转矩脉动为目标，针对无刷直流电机驱动系统中逆变器的故障拓扑结构和控制策略开展了以下方面的研究：首先，针对目前六开关逆变器无刷直流电机直接转矩控制中存在的问题，以及无位置传感器控制方法中转子位置的检测方法进行了详细的分析。根据以上分析，提出了一种基于单神经元自适应PID的无刷直流电机无位置传感器直接转矩控制。该方法通过采用一种基于单神经元自适应PID的方法，建立了两相静止坐标系下的反电势和磁链观测器，进而实现了无刷直流电机的直接转矩控制。通过Lyapunov稳定性分析方法实现了观测器稳定性的证明。并给出了神经元比例系数的在线调整方法，补偿了由于定子电压计算不准确而引起的磁链和转矩的估计误差。其次，通过对目前六开关逆变器故障拓扑后的四开关逆变器无刷直流电机控制系统中存在的问题的分析，提出了一种新的、可行的四开关逆变器电压空间矢量调制方法和最优开关选择表，提出了一种四开关逆变器无刷直流电机的磁链观测方法，进而实现了四开关逆变器无刷直流电机的无位置传感器直接转矩控制。该观测器中不含有速度参数，速度的变化对控制系统的影响较小，尤其是在低速时运行效果良好；利用Lyapunov稳定性分析方法证明了该观测器的稳定性。给出了一种新的定子电阻在线估计和直流母线电压在线补偿方法，以上方法可显著削弱定子电阻变化和定子电压计算不准确对系统控制效果产生的影响。再次，由于四开关逆变器的电压利用率仅为六开关逆变器电压利用率的一半，若采用四开关逆变器直接驱动逆变器故障后的无刷直流电机将影响其正常的工作状态，为了增加逆变器的输出能力应提高直流链电压以保证电机的工作状态不变。为此，提出一种新型的Z源网络拓扑结构为六开关逆变器故障拓扑后的四开关逆变器提供足够高的直流链电压。详细分析了SL-Γ-Z源逆变器的运行特性，与传统Z源逆变器和SL-Z源逆变器进行了对比分析，重点分析了电容电压应力和电感电流应力；提出了一种SL-Γ-Z源并网逆变器的单周期控制方法，并进行了必要的稳定性分析和提高。最终，基于前面各章节的分析，为使六开关逆变器故障后不影响无刷直流电机的正常运行，提出了采用SL-Γ-Z源逆变器驱动无刷直流电机的拓扑结构和控制方法。研究了四开关SL-Γ-Z源逆变器的电压空间矢量调制方法；给出了系统的拓扑结构和抑制Z源网络中电感电流断续引起问题的电路结构；给出了一种四开关SL-Γ-Z源逆变器驱动无刷直流电机的转矩控制方法。