永磁同步电机因其结构简单、质量轻、体积小、功率密度高而被广泛应用于铁路牵引、航天、纺织、军事等各个领域。随着生产技术的不断进步，对永磁同步电机交流伺服系统在精确性、快速性、稳定性等方面的要求也逐渐提高。在这一前提下，传统的控制方法已愈难满足高性能控制需求，急需一种高性能交流电机控制策略应对要求更高的控制场合。在众多先进控制技术中模型预测控制由于其结构简单、易于处理复杂的非线性系统，而被广泛应用于电机控制领域。本文以永磁同步电机作为控制对象进行模型预测控制策略的研究，并提出一种优化模型预测转矩控制策略。主要研究内容如下：
　　本文首先阐述了永磁同步电机模型预测控制研究的目的和意义，并对交流调速系统控制策略进行概述，结合国内外相关文献探讨了永磁同步电机模型预测控制的发展现状。同时介绍了永磁同步电机的基本结构，建立不同坐标系下的永磁同步电机数学模型，对矢量控制和直接转矩控制两大传统控制策略的原理进行阐述。接着引入模型预测控制理论对永磁同步电机预测模型进行数学描述，在此基础上介绍传统模型预测电流控制并重点分析传统模型预测转矩控制的原理以及具体实现方案。
　　其次为了消除传统模型预测转矩控制中代价函数的权重系数，进一步提高传统模型预测转矩控制的控制性能，本文提出一种基于电压矢量扩展的优化模型预测转矩控制策略。该策略依据转矩、参考定子磁链幅值和转子磁链之间的解析关系构造参考定子磁链矢量,将转矩和磁链幅值的分别控制转化为磁链矢量控制，从而避免了权重系数的繁琐设计；在延时补偿的基础上根据无差拍控制原理，在线计算参考电压矢量；同时对电压矢量控制集进行扩展，根据参考电压矢量的空间位置确定两个相邻电压矢量并利用几何关系计算相邻两个电压矢量和零矢量对应的最优占空比，实现三矢量占空比控制。在消除权重系数的同时优化控制性能，进一步简化系统结构。
　　最后利用Matlab/Simulink软件搭建仿真模型对直接转矩控制、传统模型预测转矩控制、优化模型预测转矩控制三种控制方法从稳态性能和动态性能两方面进行仿真研究。基于永磁同步电机控制系统软硬件实现方案，搭建以TI公司电机控制专用DSP芯片TMS320F28335为核心的永磁同步电机驱动控制实验平台，对不同控制方法进行实验研究，通过仿真和实验验证本文所提方法的可行性与有效性。