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本文以河北省研究生创新资助项目《永磁同步电机预测控制关键问题研究》为研究背景,在对传统的永磁同步电机模型预测转矩控制(Model predictive torque control,MPTC)和模型预测电流控制(Model predictive current control,MPCC)深入研究的基础上,主要针对永磁同步电机MPTC中存在的权重系数整定繁琐和计算量较大的问题,提出了相应的改进策略。主要工作体现如下:首先针对永磁同步电机MPTC中权重系数整定繁琐问题,分别提出了永磁同步电机模型预测电压控制(Model predictive voltage control,MPVC)和模型预测磁链控制(Model predictive flux control,MPFC)。其中MPVC建立了转矩变化率和定子磁链变化率数学模型,通过对其离散化并进行参考值之间的等效转换,推导了期望转矩和期望定子磁链幅值与期望dq轴定子电压之间解析关系,将对转矩和定子磁链幅值的控制转换为对dq轴定子电压的控制。MPFC首先根据电机数学方程建立转矩、定子磁链和负载角之间的数学模型,在此基础上推导转矩和磁链幅值与定子磁链矢量之间的解析关系,将对转矩和磁链幅值的控制转换为对定子磁链矢量的控制。试验结果表明所提出的MPVC和MPFC能够自动实现转矩脉动和定子磁链脉动的最优平衡,获得较优的控制性能。然后针对传统模型预测控制通过枚举法选择最优电压矢量存在的计算量大、实用性受限等问题,提出一种新型的快速电压矢量选择法,即快速MPVC和MPFC。首先对定子磁链预测模型深入推导,将对不同变量的控制统一转换为对电压矢量的控制,然后深入分析最优电压矢量选择过程,提出仅需一次预测和一次比较即可选出最优电压矢量的控制方法。试验结果表明所提出的快速MPVC和MPFC能够在降低计算量的同时获得较优的控制性能。最后搭建了基于32位浮点TMS320F28335数字处理器的永磁同步电机控制系统试验平台,完成了相关软硬件设计,并主要针对DTC、MPTC、所提MPVC和MPFC进行了试验研究和详细分析对比,对比方面主要包括:稳态性能、动态响应、鲁棒性和算法执行时间。结果表明所提出的MPVC和MPFC在消除权重系数的同时,能够有效抑制转矩脉动和定子磁链脉动,具有与MPTC最优控制相当的动静态性能,且算法运算量显著降低,验证了所提方法的可行性和有效性。