预测控制是一种结构概念简单、易于处理多变量及多约束条件问题且具有优秀动态响应能力的控制方法,现已被广泛地应用于电力电子领域。与传统矢量控制相比,预测控制无需电流环PI调节结构,动态响应能力更强;与直接转矩控制相比,最优电压矢量的选择具有更高的准确性。基于预测控制的上述优点,本文以永磁牵引电机为研究对象,对预测控制在电力机车牵引电机控制领域中的应用进行了详细研究,主要内容如下:基于模型预测控制理论,研究了边界圆限定的低开关频率预测电流控制策略。针对该方法在当电流矢量到达边界或超过边界时才更换开关状态,以至无法保证电流矢量始终在边界以内的问题,研究了一种改进的边界电流误差预测策略。这种改进策略做到提前一拍切换开关状态,保证了电流矢量始终在边界以内的精确控制。为了解决预测控制在数字控制系统应用时的一拍延迟问题,进行了延时补偿的研究。针对预测电流控制策略的最优化准则的权重矛盾及计算量大的问题,研究了基于相邻矢量的控制方法,进一步降低了平均开关频率。本文以电流谐波、平均开关频率以及动态响应能力为指标,将预测电流控制与矢量控制进行了详细的对比,验证了预测电流控制策略的有效性和优越性。基于无差拍控制的思想,研究一种需要调制环节参与的无差拍直接转矩磁链控制方法,该方法比模型预测控制方法的计算量小,控制频率低。同时研究了Gopinath磁链观测器,以便于准确地获取控制过程中必需的磁链变量和转矩变量。为了验证无差拍直接转矩磁链控制方法在动态性能方面的优越性,通过仿真和实验环节,将该方法与矢量控制做了详细对比。最后,通过Matlab/Simulink仿真和永磁同步电机对拖实验平台,对所研究的控制方法进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果证明了文中理论分析的有效性和正确性,达到了预期的效果。