交流调速技术是电机系统研究的重点和热点,而变频调速以其较好的调速性能、较高的效率等优点,成为一种理想的调速方案。矩阵变换器作为一种对传统交交变频器的补充和替代具有以下优势：良好的四象限运行特性；谐波污染小；较好的电磁兼容特性；网侧无功功率补偿能力；尺寸小,动态响应快,可提供较大的能量密度等。因此,矩阵变换器在当今交流变频领域占有非常重要的位置,为世界各国学者所关注,其相关研究也取得了一系列颇有成效的成果并显现出巨大的应用潜力。本文将模型预测控制方法应用到双级矩阵变换器-永磁同步电机调速系统中,围绕这一方向做了如下研究：本文先以永磁同步电机的结构和原理为基础,分析了永磁同步电机的动态数学模型,并结合模型预测控制方法的原理和特点,将该控制方法成功应用到永磁同步电机调速系统中。接着,针对传统的模型预测控制方法存在的问题,提出了一种改进的永磁同步电机模型预测控制方法,通过求出期望的电压矢量角,确定电压矢量所在扇区,进而减少算法对开关状态的选择数量,使算法的计算量得到显著降低。同时,本文也分析了双级矩阵变换器的模型预测控制工作原理。因为模型预测控制对于矩阵变换器这种开关数量较多的变换器,其计算量非常大,这对控制器的计算速度要求很高,所以,本文先对矩阵变换器用于阻感性负载这种情况设计出一种控制器的硬件实现方法：DSP+FPGA这种控制器结构。具体阐述了DSP和FPGA控制器的各自分工,以及模型预测控制算法在FPGA上的实现并且搭建了实验平台。最后,结合前面两部分研究内容,本文用模型预测控制方法,建立了双级矩阵变换器-永磁同步电机系统,并给出该方法的硬件实现以及该方法在FPGA上的时序仿真,此外,用Matlab/Simulink软件,对该系统进行完整仿真,得到了较为理想的仿真结果,验证了模型预测控制在该系统的可行性。