永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有结构简单、体积小、损耗低、运行效率高等优点,且国内稀土资源丰富,因此PMSM应用范围越来越广;直接转矩控制(DTC)以其响应速度快、无需复杂坐标变换等优势,成为近年来的研究热点。但直接转矩控制存在磁链和转矩脉动较大以及磁链辨识不精准的问题,本文针对这些问题进行改进研究,具体完成以下几项工作:首先以表贴式永磁同步电机为研究对象,对永磁同步电机直接转矩控制的研究现状和发展趋势进行阐述,推导了永磁同步电机在常用坐标系下的数学模型,介绍了传统直接转矩控制的基本原理与实现过程。针对其转矩和磁链脉动较大的缺陷,探究零矢量在直接转矩控制中的作用机理和作用方式,构建含零矢量的PMSM-DTC仿真模型并与传统DTC进行对比。仿真结果表明含零矢量PMSM-DTC对减小磁链和转矩脉动有促进作用。由于含零矢量的PMSM-DTC并未改变传统直接转矩控制的系统结构,因此无法得到高性能的控制系统,磁链和转矩脉动依然较大。依据二阶滑模和空间电压矢量脉宽调制基本理论,构建基于超扭曲算法的PMSM-DTC,并将准滑动模态中的sigmoid(s)函数代替超扭曲算法中的sign(s)函数,进一步增加系统鲁棒性。仿真结果表明基于超扭曲算法的PMSM-DTC能够有效降低磁链和转矩脉动,从而获得良好的控制效果。为进一步改进系统性能,本文针对传统磁链观测器中存在的具体问题进行改进与研究。首先采用模型参考自适应算法辨识定子电阻,将实时辨识的定子电阻值送入不含PI调节模块的自适应正交补偿磁链观测器中,消除直流偏置和定子电阻变化对系统造成的影响。与超扭曲算法结合构建新的仿真模型,结果表明新型磁链观测器能够提高定子磁链辨识精度、有效降低磁链和转矩脉动、改善电流波形,进一步提升了系统稳定性。最后基于数字信号处理器对直接转矩控制系统的硬、软件进行了设计,给出了系统中关键环节的硬件电路图和软件流程图,构建了永磁同步电机直接转矩控制实验平台。