永磁同步电机具有结构尺寸小、功率密度大和转动惯量大等优点,广泛应用于民用、航天和军事等领域。实时精确的三相电流反馈是交流伺服系统的控制关键,相较于多电流传感器的传统驱动器,使用单电流传感器实现相电流重构可简化系统结构,增强可靠性,避免了多个传感器增益不同对采样精度的影响。然而,电流重构方案中存在重构死区和重构误差问题,限制了在实际系统中的应用。本文以基于单直流母线电流传感器的永磁同步电机控制系统为研究对象,利用模型预测控制减少相电流重构方案中两个核心问题的影响,提高系统的稳动态性能。首先,本文介绍了单电流传感器的不同安装位置,通过空间矢量脉宽调制原理,研究不同开关状态下逆变器直流侧及各支路电流和相电流的对应关系,分析基于直流母线电流采样进行三相电流重构的基本原理。根据实际采样重构的情况对各个扇区中的电流重构死区,以及多个不同位置进行电流采样导致的分时采样误差进行详细分析。同时,具体介绍了传统开关状态移相法的基本原理,并通过仿真验证了重构死区和重构误差的存在,以及开关状态移相法的有效性。模型预测控制以其鲁棒性强、动态响应快和处理非线性约束问题简单的特点得到广泛应用。本文分析了模型预测电流控制的基本原理,研究了单矢量模型预测电流控制,针对稳态性能差的问题,研究了传统双矢量预测电流控制,通过仿真验证了该方案的改进效果。由于基于单直流母线电流传感器的相电流重构特点,在模型预测控制方案中需要每个开关周期内至少已知独立的两相电流信息。针对重构死区和电流重构误差问题,本文研究了一种使用次优替换原则的单矢量模型预测控制和双有源电压矢量的模型预测控制,并提出一种变矢量模型预测控制方法。首先通过期望电压预测进行快速矢量定位和电压矢量选择,利用不同的矢量合成方法对线性调制区域进行再划分,并灵活分配所选矢量的作用时间,以减小电压矢量跟踪误差,并完成可靠的电流采样;同时,基于模型预测控制的调制特点,在已知所选矢量和作用时间的基础上,自由分配矢量作用顺序,设置特定采样时刻,将两类分时采样电流误差归为同一个误差,简化电流分析和补偿过程,并结合瞬时电流补偿,提高重构精度,以完成三相电流的高精度重构。在现有电机实验平台上,通过设置不同稳动态工况对所设计方案的控制性能进行测试和分析,验证了本文所述方案的有效性。