与异步电机相比,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)效率高,相同体积总输出功率大,因此受到了广泛的关注。大功率牵引传动系统为了降低开关损耗同时实现直流电压的最大利用率,开关频率一般仅为数百赫兹且最终要过渡到方波控制。低开关频率增加了数字控制系统的延时,降低了系统带宽,从而无法实现电机的高动态控制性能。另外,方波工况下电压幅值达到最大无法调节,因此基于电流调节器的矢量控制不再适用,同时为弱磁控制带来困难。首先采用了一种基本母线钳位策略(BBCS)的过调制方法,保证了谐波特性的同时也实现了到方波工况的平滑过渡。分析了数字控制原理及延时产生机理,并对多采样率数字控制系统进行了建模分析,然后提出了一种基于状态观测器的延时补偿算法,对系统延时进行补偿,使低开关频率下的系统响应速度和解耦性能都得到有效改善。针对方波工况下传统双电流环控制深度弱磁时因交叉耦合引起弱磁失效的情况,采用了一种电压相角弱磁方法,避免了传统控制中两个调节器之间的冲突,保证了电机的全速域范围内的最大转矩控制。本文基于MATLAB/Simulink搭建了永磁同步电机传动系统仿真模型,并搭建了基于TMS320VC33的300kW永磁同步电机实验平台。分别在仿真和实验中对基本母线钳位过调制策略和延时补偿算法以及电压相角弱磁方法进行了分析,验证了所提方案的可行性。