本文对矩阵变换器的现有控制算法进行了系统的总结，针对矩阵变换器和异步电机构成的调速系统，提出了一种将矩阵变换器与调速性能优良的直接转矩控制结合起来的组合控制策略，并对矩阵变换器的设计开展了深入的研究。 首先，本文对矩阵变换器进行总体介绍，指出了矩阵变换器发展中所遇到的关键技术问题，并总结了前人对这些问题的解决方案。 控制算法是矩阵变换器的核心，直接影响矩阵变换器的性能。本文对已出现的控制算法进行了总结、归纳和系统化，对它们的优缺点进行了评述。详细介绍了三种被广泛采用的控制方法，即开关函数法、双电压合成法和空间矢量调制法，分析和归纳了它们各自的优缺点。 矩阵变换器最基本的应用领域是交流变频调速系统。为提高交流调速系统的性能，并且减小对电网的污染，本文提出了一种将矩阵式变换器与直接转矩控制相结合的组合控制策略。该策略是先将矩阵式变换器等效成整流器和逆变器的组合，然后在逆变侧进行直接转矩控制，在整流侧进行电流空间矢量调制，最后将两侧的策略进行综合，并转化成矩阵式变换器9个开关的控制信号。按这种策略进行控制的矩阵式变换器，既可实现对异步电机实现动态性能优良的直接转矩控制，又可获得良好的输入电流波形以及可调的功率因数。仿真结果表明本文提出的策略不仅可行，而且系统性能优良。 最后，对矩阵变换器的设计进行了具体的研究，并制作了一台功率达5kW的实验样机。样机包括硬件部分和软件部分。硬件部分是由主电路、缓冲电路、电流方向检测电路和电压扇区检测电路构成的。主电路是矩阵变换器进行功率变换的主体部分。缓冲电路对开关管起过压保护作用。电流方向检测电路实时检测三相输出电流的方向信号以指导四步换流。软件部分包括控制算法程序和四步换流程序。控制算法程序是矩阵变换器的核心，而四步换流程序对开关管的安全工作是至关重要的。