随着电力电子技术、电机控制技术以及现代控制理论的快速发展,船舶电力推进技术得以广泛应用。永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有功率因数高、安全性能好以及耗能低等优点,是目前船舶电力推进装置中推进电机的最佳选择。因此开展PMSM系统研究,对于船舶电力推进系统的设计和应用具有现实意义。本文首先基于坐标变换原理建立了旋转坐标系下的PMSM动态数学模型,并采用空间矢量脉宽调制技术进行了矢量控制仿真研究。在此基础上,本文重点进行船舶电力推进PMSM模型预测控制研究,主要完成以下工作:1.针对PMSM包含很多不确定因素,是强耦合的非线性系统,传统的线性控制器很难对其转速进行精确控制等问题。本文采用输入-输出反馈线性化将非线性PMSM模型解耦得到新的线性系统,使用标准的模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)策略设计模型预测控制器来进行速度跟踪控制。2.为解决控制电压输入饱和问题,本文采用变约束法设计了带有输入约束的PMSM模型预测控制器,有效抑制了控制输入电压幅值过大对电机造成的损害,并获得良好的控制效果。3.通常情况下,负载扰动是PMSM控制系统中引起转速波动的主要原因,而负载扰动不易直接测量。针对这一问题,本文设计了基于扰动观测器的PMSM模型预测控制器,利用扰动观测器来估计外部未知负载扰动,并在控制系统中实时在线补偿。本文将此方法与近年来针对PMSM广泛采用的非线性预测控制方法进行仿真对比分析,结果表明该设计方法具有良好的鲁棒性和转速跟踪性能。4.将PMSM控制系统与船舶运动和螺旋桨特性模型结合得到船舶电力推进控制系统模型,并以国内某实船为例,进行了船舶起航和螺旋桨出水典型工况的仿真实验。仿真结果表明模型预测控制技术在船舶电力推进系统中对推进电机具有良好的调速性能,同时能满足整体推进系统的需求。