根据通过的电流是直流还是交流可以将电机分为直流电机和交流电机两大类,而交流电机又分为同步电机和感应电机两大类。异步电机因其转子结构简单、可靠,在工业中已被大量应用,但其功率因数低、效率也不高。电励磁同步电机虽然转子结构较复杂,但功率因数高、效率也高。假如用永磁体代替电励磁构成永磁同步电机,则可兼顾两者优点,因此当前的研究热点之一就是永磁同步电机及其高性能控制。本文以永磁同步电机及其调速系统作为研究对象,结合国内外的有关文献,介绍了永磁同步电机产生的背景条件、发展历史、研究现状和研究意义。接着介绍了永磁同步电机电机的结构、工作原理,推导了永磁同步电机在各种坐标系下的数学模型,并以其中一种模型为基础,在Matlab/simulink环境下建立了仿真模型。接着从有限元基本理论入手,介绍了建立有限元模型的基本理论方程,然后利用ansoft软件平台下的Maxwell 2D建立了永磁同步电机的有限元模型并进行了有限元计算。从“场”的角度去分析永磁同步电机的结构特殊性,用“场路结合”的方法得到电机设计的初步参数,为电机的优化设计提供理论依据。本文第三章详细阐述了卡尔曼滤波器工作原理,接着通过Matlab平台的M语言编写了EKF的仿真程序,同时利用EKF对旋转编码器进行仿真估计,仿真结果验证了EKF的有效性和可行性。接着第四章通过引入空间电压矢量概念,在Matlab/Simulink环境下建立了永磁同步电机的直接转矩控制模型。通过对仿真结果的分析,验证了永磁同步电机电机数学模型的适用性和理论分析一致性,同时验证了永磁同步电机直接转矩控制的可行性,为深入介绍卡尔曼滤波器在永磁同步电机直接转矩控制中的估计效果奠定了基础。本文最后采用卡尔曼滤波器作转速、转角和定子磁链估计,利用直接转矩控制的算法对永磁同步电机进行了闭环控制,利用Matlab/Simulink平台搭建了基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机的直接转矩仿真模型,对仿真结果进行了分析研究。研究结果表明基于卡尔曼滤波器的直接转矩控制算法有良好的滤波效果,而且转速、转矩响应的速度很快,相对矢量控制来说它不需要大量的解耦运算。为研究这种控制算法在永磁同步电机中的实际应用做了很好的理论基础。