直接转矩控制(DTC)是20世纪80年代中期发展起来的一种高性能交流变频驱动技术。直接转矩控制算法简单直观，却能产生快速的动态响应。传统DTc的主要缺点之一是输出转矩脉动较大。转矩脉动过大会影响电机的平稳运行。因此，发展DTC转矩脉动最小化技术，对提高系统的控制性能具有重要意义。 DTC算法的结构主要可以分为两部分：电机参量的估算部分，和电压矢量的选择与产生部分。对这两部分的改进均能提高DTC的控制性能。本文针对电压矢量的选择与产生这一方向，进行了较为深入的研究。 占空比控制(DRC)技术是一种能够有效减小DTC转矩脉动的方法。DRC-DTC中所选工作电压矢量只作用采样周期的一部分时间，而剩余时间采用零电压矢量。借鉴SVM技术中电压矢量合成的思想，将同一个周期中的两个电压矢量合成为一个新的电压矢量。分析过程中，该合成电压矢量代替原电压矢量作用于整个周期。基于磁链增量不变的原则，分析得出合成电压矢量等于原工作电压矢量与其占空比的乘积。结合转矩改变量与电压矢量的关系，求解出了能够准确补偿当前转矩误差的占空比值。这种新型DRC-DTC方案能极大地减小输出转矩的脉动，并且能够对定子磁链进行正确的控制。 为了同时保留DRC技术的优点和传统DTC算法的简洁，提出了离散占空比控制技术(DDRC)。将占空比的值离散化为O～1之间有限的固定数值。根据细化的转矩误差，以及磁链误差、定子磁链所在扇区，通过选择表同时选择出电压矢量和它的占空比值。通过进一步分析得出，随着转子转速的增加零电压矢量对转矩的减小作用逐渐增强。据此对离散占空比控制技术进行了改进。在高速时削弱了零电压矢量的作用，最终在不同的转速范围内定义了不同的选择策略。 为了验证所提出的新方案，对传统DTC和以上几种DRC-DTC进行了详尽的实验对比研究。在不同的给定转矩、不同的给定转速、给定转矩跳变、给定转速跳变等实验条件下，得到的实验数据均与理论分析及仿真数据相符。所提出的DRC-DTC方案能够非常有效地抑制转矩脉动，并且不会影响系统的转矩动态响应能力。 另一种转矩脉动最小化技术是空间矢量调制(SVM)技术。SVM-DTC的基本思想是，在每个采样周期中获得一个能够准确补偿当前转矩误差与磁链误差的参考电压矢量，该参考电压矢量可以用两个相邻的基本VSI工作电压矢量与零电压矢量合成得到。本文提出了一种新的参考电压矢量计算方案。利用转矩改变量与电压矢量的关系，得出能够准确补偿当前转矩误差的参考电压矢量的条件。同时，参考电压矢量作用后要使得定子磁链达到其参考链幅值。结合这两个条件，得到参考电压矢量的d轴分量的一元二次方程。进而可以求出所需的参考电压矢量。更进一步，利用图示法以及旋转坐标系下的分析，解决了求解过程中重根、虚根、分母为零等问题。从仿真实验结果可以看出，所提出的新型SVM-DTC方案能够同时减小输出转矩的脉动和定子电流的谐波分量，其控制性能比DRC-DTC更进了一步。 SVM-DTc中计算参考电压矢量的过程很繁琐，增加了算法的复杂性。离散空间矢量调制(DSVM)技术在算法复杂性与控制性能之间找到了平衡。它将一个采样周期等分为三个时间段，每个时间段中应用一个基本VSI工作电压矢量或零电压矢量。改变每个采样周期中的三个电压矢量的作用顺序不会改变最终的合成参考电压矢量，但是对输出转矩的脉动会产生显著影响。通过举例分析每个周期中的转矩变化波形，得出了这三个电压矢量的排列原则。基于该原则重新定义了优化的电压矢量选择表。该改进DSVM-DTC方案在没有增加任何计算量的情况下，进一步减小了传统DSVM-DTC的输出转矩脉动。 最后，详细介绍了DTC系统的仿真与实验系统的设计。仿真的工作在Matlab／Simulink环境下进行。实验系统主要由三部分组成：实验台及功率驱动部分、DSP控制部分，和人机接口部分。功率驱动电路是基于新一代的智能功率模块ASIPM，DSP采用了专门用于电机控制的TMS320F240 DSP。另外，在PC上位机中设计了控制系统运行的监控软件。 本文的创新点主要有以下几点： 1．提出了两种新的占空比控制DTC方案。将合成电压矢量的思想引入到占空比控制技术中，使得计算简便且直观。 2．提出了离散占空比控制技术。将占空比的值离散化，利用选择表同时选择出电压矢量及其占空比值，避免了复杂的计算过程。 3．提出了一种新的解析法SVM-DTC方案。从参考电压矢量的概念出发，求解出能够同时补偿磁链误差与转矩误差的参考电压矢量。此外，利用图示法及旋转坐标系下的分析对该方案进行了改进。 4．发展了DSVM技术。通过对每个周期中转矩波形的分析，重新排列了同一个周期中的三个电压矢量的顺序，得到了优化的电压矢量选择表。