电机驱动系统是推动经济建设和国防建设融合发展的重要动力,高性能电机驱动系统更是支撑先进装备制造业发展的重要条件之一。随着现代工业技术的不断发展,现有电机驱动系统已经不再局限于传统的三相电机系统;与传统电机相比,开绕组电机具有灵活的控制方式和高容错运行能力,已广泛应用于军工设备、电动机车、风力发电、舰船电力推动等高可靠性大功率场合。为了充分发挥开绕组电机的本体优势,满足现代工业智能化发展需求,众多先进控制技术相继被应用于开绕组电机系统。模型预测控制作为一种高性能控制策略,由于其实现简单且能有效地处理多变量、非线性问题,在电机控制中得到广泛的应用。本文以高性能电机驱动系统的运行性能为研究目标,将开绕组永磁同步电机作为研究对象,在理论分析、数学模型推导、模型预测控制策略设计以及断相时的容错控制策略设计四个方面展开分析和研究,并通过仿真实验验证所提方法的有效性。首先,根据坐标变换建立三种坐标系下的开绕组永磁同步电机数学模型,采用前向欧拉法推导出dq轴的离散化预测模型,并在此基础上建立单相故障条件下两相系统的数学模型及对应的传统坐标变换,为后续的研究奠定理论基础。其次,针对独立母线型开绕组永磁同步电机系统模型预测控制存在多电压矢量预测冗长的问题,提出一种适应于电机系统的快速模型预测电压控制策略。该策略只需对参考电压矢量进行一次扇区判断和4次计算就能选出最优电压矢量,很大程度上降低了系统计算负担。另外,针对电机系统快速模型预测电压控制策略的转速环仍使用PI控制,本文提出了一种级联型模型预测控制方法,替换转速环PI控制器,系统内外环均使用模型预测控制器。仿真表明,级联型模型预测控制系统能够有效缩短计算时间、减小转矩脉动以及改善动静态响应性能。最后,针对共直流母线型开绕组永磁同步电机常见的断相故障问题,本文提出一种基于开关占空比的容错模型预测控制策略。为保证断相前后控制效果一致,以输出转矩不变、电压方程解耦为原则,设计了一种新型坐标变换矩阵,在新坐标变换下建立预测模型。根据电压矢量与开关状态的关系,通过价值函数设计无差拍方程组,将计算得到的占空比进行限幅处理并分配给双逆变器,实现电机的容错运行,仿真结果验证了所提方法的可行性。该论文有图33幅,表2个,参考文献62篇。