随着电机控制技术、电力电子技术和检测技术的发展,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)成为了电机驱动系统发展的首选。对于永磁同步电机的控制技术而言,最先提出的控制策略有磁场定向控制和直接转矩控制。但是这两种控制策略各有优缺点,不能保证电机控制系统在动态特性和鲁棒性等方面的优化控制。先进的控制算法需要考虑到系统的固有特性、非线性等因素;因此有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)作为一种高性能的在线优化控制算法应运而生。FCS-MPC方法复杂性低,对控制变量之间系统约束具有较强处理能力,因此,FCS-MPC方案已成为过去几十年间电机控制领域的一个重要研究分支。相对于传统的磁场定向控制和直接转矩控制,FCS-MPC能明显使电磁转矩脉动减小,减少逆变器的开关损耗,使系统的动态性能得到改善。电力电子技术的发展使电机驱动系统摆脱了常规两电平逆变器拓扑的限制,电机驱动系统与多电平逆变器的结合成了新的思路。多电平逆变器的输出电平数多,因此其输出波形更好,在大容量交流调速系统中优势明显。作为多电平逆变器的研究基础,三电平逆变器应用最为广泛,而其中首选的是二极管钳位型三电平逆变器。因此采用二极管钳位型三电平逆变器驱动PMSM的模型预测控制系统作为研究对象。在PMSM驱动系统中,位置与转速的检测是非常重要的,一般采用的方法是通过机械传感器来进行测量,但这种测量方法在实际应用中有很多缺陷,会降低电机系统的稳定性和可靠性,同时会增加成本。而无速度传感器技术是通过检测电机中的电流或电压,来对电机的实际转速和位置信息进行估计,这种技术省略了常规使用的机械传感器,能够实现电机系统的高精度、高动态性能的控制。因此PMSM的无速度传感器控制技术成为了近些年的研究热点。主要研究内容分为以下几个方面:(1)基于同一PI转速调节器,设计三电平逆变器驱动PMSM模型预测转矩控制系统,与两电平逆变器驱动PMSM MPTC系统对比,并对两个系统的运行性能进行对比分析。(2)为进一步提高系统响应性能,克服未知负载转矩扰动、增强系统鲁棒性,设计扩张状态负载转矩观测器,进而得到将负载转矩观测器和基于幂函数滑模转速调节器相结合的复合控制器。(3)设计基于分数阶滑模观测器的PMSM MPCC系统,实现对电机转速的快速准确估计。