大功率永磁同步牵引电机凭借其出色的性能优势逐渐取代了交流异步牵引电机在轨道交通运输牵引系统中的主流地位,更加符合轨道交通“绿色安全”的发展方向。通常轨道交通牵引电机需要工作在极低的载波比下,所以如何解决低载波比下大功率永磁同步电机的高性能调速的研究难点成为了本文的研究内容。首先,对永磁同步电机的基本构造与工作原理进行了介绍,并基于此通过坐标变换分别得到了表贴式永磁同步电机在α-β坐标系和d-q坐标系下的标量数学模型,为了简化分析,又分别推导了对应坐标系下的复矢量数学模型。接着,基于矢量控制基础理论选择id=0控制策略设计了永磁同步电机双闭环PI控制系统,并使用电压前馈解耦方法解除了电机模型本身的耦合,且在MATLAB/Simulink中搭建了对应的仿真模型,仿真结果表明电压前馈解耦方法并不适用于低载波比工况。为了完全消除系统中的交叉耦合,又设计了引入复矢量电流调节器的永磁同步电机调速系统。通过仿真分析发现其系统控制性能相对于电压前馈解耦系统虽然有一定的提升,但是电流环动态响应速度较慢,并不适用于大功率永磁同步电机低载波比工况下的高性能调速场合。其次,本文在系统电流内环设计中选择了PWM预测控制方法（PWM Predictive control,简称PPC）,考虑到数字控制中的固有延时,建立了加入延时补偿的传统电流PPC模型,分析发现其在低开关频率下的离散误差非常大,且未考虑逆变器延时,电流预测模型精度低。所以又将逆变器与电机模型当作一个被控对象进行一体化建模,得到了加入延时补偿的改进电流PPC模型,虽然考虑了逆变器延时,但通过分析发现其在低开关频率下仍然存在较大离散误差,且未考虑转子在一个控制周期中的位置变化。针对此问题建立了加入延时补偿且考虑转子位置的时域离散电流PPC模型。在MATLAB/Simulink中搭建了三种对应的永磁同步电机电流PPC系统,且从系统闭环零极点图、伯德图、电流预测模型偏差等多方面对比分析了三种电流PPC系统的控制性能,验证了加入延时补偿且考虑转子位置的时域离散电流PPC系统相较于其它两种电流PPC系统在大功率低载波比控制下的优越性。同时,针对系统模型误差所导致的电流静差提出了电流误差积分补偿方法,通过仿真验证了解耦电流积分补偿方法相较于传统电流积分补偿方法有更好的补偿效果。最后,基于NI c RIO-9033控制器搭建了永磁同步电机实验平台,用小功率表贴式永磁同步电机完成了低载波比下永磁同步电机调速实验,实验进行了三种电流PPC调速系统控制性能的对比分析,实验结果与理论分析和仿真结果一致。