高速方波永磁同步电机与常速电机相比,省去了变速装置,提高了电机的运行效率和可靠性;与正弦波永磁同步电机相比,具有转矩密度大、控制系统简单、成本较低等优势。高速方波永磁同步电机在数控机床、国防装备、汽车制造业等重要领域的应用前景十分广阔,因此构建精度高、稳定性强的高速方波永磁同步电机控制系统具有重要意义。本文所研究的高速方波永磁同步电机控制系统采用的是直接转矩控制策略。与其它控制策略相比,直接转矩控制策略具有响应速度快、控制结构简单等优势,但传统高速方波永磁同步电机直接转矩控制系统转矩脉动过大以及PI控制存在的固有弊端对系统性能影响较大。针对上述问题,本文对高速方波永磁同步电机直接转矩控制系统开展的主要研究内容如下:首先,阐述了高速方波永磁电机的结构和工作原理,建立了其在三相静止坐标系和两相静止坐标系下的数学模型。对高速方波永磁同步电机直接转矩控制系统的定子磁链计算、转矩计算和空间电压矢量选择进行了深入研究,并通过仿真验证了其可行性。其次,针对高速方波永磁同步电机传统直接转矩控制存在转矩脉动大的问题,根据系统运行特点对转矩脉动进行了深入研究,分析了在换相期间存在转矩脉动的原因,提出了在换相期间采用“三二导通”的空间电压矢量选择表。研究了在非换相期间存在的转矩脉动问题,提出了最优空间电压零矢量的非换相转矩脉动抑制方案,在保证低换相转矩脉动的同时降低了非换相转矩脉动。在Matlab/Simulink平台分别搭建了采用不同空间电压矢量选择表的仿真模型,并对仿真结果进行了对比分析。最后,针对传统直接转矩控制系统速度环采用PI控制器时存在超调量大和鲁棒性差等问题,提出了采用改进型滑模变结构速度控制器的解决方案。通过模糊控制、龙伯格负载转矩观测器与滑模变结构控制相结合,对负载转矩突变进行及时补偿,同时通过模糊规则调整变结构滑模控制的增益系数,从而在保证电机控制系统转速无超调、鲁棒性强的同时降低滑模控制抖振。在Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型,通过与PI速度控制器和传统滑模速度控制器进行对比分析,结果表明所提改进滑模速度控制器的正确性和优越性。