永磁同步电机(Permanent magnetic synchronous machine,PMSM)以稀土作为永磁材料,在稀土产量全球第一的中国具有天然优势,同时,它还具有效率高,体积小,结构简单,质量轻,功率密度大等优点,在工业、农业、日常家电等场合应用广泛。永磁同步电机的控制策略是影响其性能的关键因素,因此对其控制策略展开研究对于提高其系统性能至关重要。永磁同步电机的传统控制策略主要有直接转矩控制和矢量控制。传统的矢量控制优点是稳态性能好,转矩脉动小,但是,由于其电流内环一般基于PI控制器设计,存在积分饱和、d、q轴电流控制相互影响以及系统的约束不好处理等问题,导致其电流环动态响应能力受限,无法进一步提高。直接转矩控制采用滞环比较器以及开关矢量表,动态性能极佳,但其转矩脉动较大,不能很好地满足工业上对稳定转矩控制的要求。同时,当系统工作于低载波比调制方式下,采用传统控制策略的永磁同步电机将会产生大量电流谐波,不利于系统的稳定运行。模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)不但相对矢量控制拥有更好的动态性能,而且在稳态性能上优于直接转矩控制,且仍有提升空间。另外,由于模型预测控制可以处理多个控制目标和系统约束,如果将提高变换器效率考虑进控制策略也更有利于提高系统性能。本文对永磁同步电机模型预测控制进行了分析和研究,以获得比传统控制策略更优秀的性能。首先,本文建立两相旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型,并在此基础上,介绍了基于转子磁场定向的永磁同步电机矢量控制策略。然后,本文重点分析了模型预测控制的原理,利用数学模型推导了永磁同步电机的预测方程,分别构造了单矢量模型预测转矩控制(Model predictive torque control,MPTC)和单矢量模型预测电流控制(Model predictive current control,MPCC)的目标函数,并比较了两种模型预测控制策略的优缺点。为获得比传统矢量控制更好的性能,本文提出了三矢量低开关频率模型预测控制策略,所提策略在一个控制周期施加三个电压矢量,以获得与矢量控制相媲美的稳态性能,同时,利用MPC易于增加系统非线性约束的特点,将提高变换器效率考虑进了控制策略中,以减小变换器损耗,从而获得比矢量控制更好的控制效果,使系统在低载波比等条件下同样拥有良好的动静态性能。最后,通过仿真和实验对基于传统矢量控制策略、单矢量模型预测控制和三矢量低开关频率模型预测控制的永磁同步电机驱动调速系统进行了相应的对比仿真分析和实验,证明了所提控制策略相对传统矢量控制策略的优越性,验证了其可行性和正确性。