永磁无刷直流电机以其结构简单,运行可靠,功率密度高等优点,广泛应用于航空航天、工农业生产、日产生活等领域,而电磁转矩的控制性能将直接影响整个电机系统在各应用领域的运行品质。为此,本文围绕永磁无刷直流电机在电动状态和制动状态下的高性能转矩控制展开深入研究。针对三相电压源逆变器-永磁无刷直流电机系统,本文深入分析了电机在电动状态和制动状态下,采用PWM调制方式时的转矩控制性能。经分析可知:电动状态下,由于直流侧电压的限制,采用两相开关模式的调制方式无法抑制高速区间的换相转矩波动;而制动状态下,采用两相开关模式的双极性调制方式时,虽然可以实现良好的转矩控制,但无法同时兼顾有效的制动能量回馈。针对三相电压源逆变器-永磁无刷直流电机系统在电动状态下采用两相开关模式无法抑制高速区间换相转矩波动的问题,本文提出一种基于主辅矢量选择的直接转矩控制策略。在正常导通期间和换相期间,分别探讨了所有端电压组合状态与各转矩变化率的映射关系,通过分析不同取值的端电压对转矩变化率的影响规律,建立了主矢量和辅助矢量选择表。特别在换相期间,为了避免切换控制策略,在电机运行的高速区间和低速区间构建了统一的矢量选择机制。提出的策略可以在宽转速范围内有效抑制换相转矩波动。针对三相电压源逆变器-永磁无刷直流电机系统中有限的直流侧电压在电动状态下无法抑制全速范围内换相转矩波动的问题,本文提出一种基于二极管辅助升降压逆变器的转矩控制策略。根据二极管辅助升降压逆变器的工作模式及永磁无刷直流电机的运行方式,构建了四种开关矢量。在正常导通期间和换相期间,分别阐明了不同开关矢量共同作用维持相电流平稳时端电压需要满足的约束条件。以抑制转矩波动和降低开关管电压应力为目标,设计了各个开关矢量的作用时间及作用顺序。提出的策略可以在全速范围内有效抑制换相转矩波动。为了在电动状态和制动状态下同时实现良好的转矩控制,且兼顾有效的制动能量回馈,本文设计了一种无感混合储能拓扑结构。基于该拓扑结构探究了永磁无刷直流电机在不同工作模式下的运行机制。重点分析了制动模式下,不同开关矢量对制动转矩控制和制动能量回馈的影响,从而确定了各个矢量作用的优先等级。以此为基础,构建了基于平均等级排序的开关矢量选择机制。在整个制动过程中,提出的控制策略可以实现制动转矩平稳控制和制动能量回馈的同时兼顾。通过搭建硬件实验平台,对电动状态和制动状态下提出的转矩控制策略进行了实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性和提出策略的可行性。