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随着经济社会的快速发展，能源紧缺、环境污染等问题凸显，汽车行业作为能源消耗与温室气体排放的重要领域，正在逐步向清洁新能源汽车方向过渡。新能源汽车的动力性能和运行平稳性对其动力核心电驱动系统有着较强的依赖性，相关旨在提高电驱动系统性能的研究也引起了学界的广泛关注，成为了研究热点。尽管相比于永磁同步电机而言，异步电机在效率和功率密度方面存在欠缺，但其在结构简单性、制造成本、制造方法成熟度、运行可靠等方面的优势，使异步电驱动系统也广泛配置于新能源汽车的动力链中。
矢量控制(FOC)的提出，使得异步电机调速性能得到了质的跨越，直接转矩控制(DTC)的出现更是使得异步电机控制性能进一步提升成为可能。模型预测控制(MPC)作为第三类控制策略，在高性能电驱动领域获得关注，且逆变器输出电压矢量的离散性为有限集模型预测控制（FCS-MPC）的实施提供了天然条件。FCS-MPC充分利用了逆变器的离散性，无需脉宽调制，且控制手段灵活、易于处理非线性约束，具有较强的可移植性。但FCS-MPC在电压矢量优化选择、运算量的简化、以及转矩脉动抑制等方面依然存在提升空间，也是该方案研究的热点和难点。
本文的主要研究工作体现在以下几方面。1）基于异步电机的数学模型和离散化状态方程，对MPC的基本原理进行了介绍，并对模型预测控制的动态和稳态性能进行了讨论。2）针对两电平逆变器输出电压矢量较少，电磁转矩脉动较大的问题，提出了基于虚拟电压矢量的控制集扩展方案，实现了定子电流谐波和转矩脉动的抑制，提升了系统运行平稳性。3）控制集备选电压矢量的增加，增加了预测控制的计算压力，为此提出了一种简化电压矢量选择的方法，提升了算法效率。4）在扩展控制集的基础上，进一步引入了占空比控制，从而将单矢量模型预测控制扩展为双矢量模型预测控制，使得控制系统运行性能得到进一步提升。5）基于MATLAB/Simulink仿真模型和实验室模拟实验平台，对所提模型预测控制方案行了仿真和实验验证。
尽管所提基于虚拟矢量的FCS-MPC的工程应用性能仍需更为全面的实验验证，但该研究对FCS-MPC的发展具有理论贡献价值。
矢量控制(FOC)的提出，使得异步电机调速性能得到了质的跨越，直接转矩控制(DTC)的出现更是使得异步电机控制性能进一步提升成为可能。模型预测控制(MPC)作为第三类控制策略，在高性能电驱动领域获得关注，且逆变器输出电压矢量的离散性为有限集模型预测控制（FCS-MPC）的实施提供了天然条件。FCS-MPC充分利用了逆变器的离散性，无需脉宽调制，且控制手段灵活、易于处理非线性约束，具有较强的可移植性。但FCS-MPC在电压矢量优化选择、运算量的简化、以及转矩脉动抑制等方面依然存在提升空间，也是该方案研究的热点和难点。
本文的主要研究工作体现在以下几方面。1）基于异步电机的数学模型和离散化状态方程，对MPC的基本原理进行了介绍，并对模型预测控制的动态和稳态性能进行了讨论。2）针对两电平逆变器输出电压矢量较少，电磁转矩脉动较大的问题，提出了基于虚拟电压矢量的控制集扩展方案，实现了定子电流谐波和转矩脉动的抑制，提升了系统运行平稳性。3）控制集备选电压矢量的增加，增加了预测控制的计算压力，为此提出了一种简化电压矢量选择的方法，提升了算法效率。4）在扩展控制集的基础上，进一步引入了占空比控制，从而将单矢量模型预测控制扩展为双矢量模型预测控制，使得控制系统运行性能得到进一步提升。5）基于MATLAB/Simulink仿真模型和实验室模拟实验平台，对所提模型预测控制方案行了仿真和实验验证。
尽管所提基于虚拟矢量的FCS-MPC的工程应用性能仍需更为全面的实验验证，但该研究对FCS-MPC的发展具有理论贡献价值。