永磁同步电机具有功率因数高、结构紧凑、重量轻、维护方便等特点,被广泛应用于交流调速系统中。然而由于永磁同步电机伺服系统受非线性摩擦、参数不确定性和负载扰动等因素影响,传统的线性控制策略,如比例积分控制方法,难以实现高性能控制。随着现代控制理论和微型计算机技术的发展,许多先进控制算法被应用于永磁同步电机的控制中。模型预测控制因其实现简单、能够充分利用模型信息、有效处理约束问题等优点被广泛应用。为了提升系统的综合性能,近年来许多学者将模型预测控制应用于永磁同步电机的控制中。本文针对永磁同步电机伺服系统的模型预测控制方法展开研究。在矢量控制的基础上,首先设计了永磁同步电机速度环模型预测控制算法。为进一步提升系统的动态性能,在传统MPC的基础上设计了变预测时域MPC。仿真和实验结果表明,相比于传统PI控制,MPC方法具有更好的动态性能。考虑到伺服系统在低速、往返运动时,摩擦会降低跟踪精度的问题,本文设计了基于摩擦补偿和扩张状态观测器的模型预测控制方法。首先利用分段线性辨识方法建立系统的摩擦模型,再用ESO对摩擦补偿偏差、负载扰动等组成的集总扰动进行观测,最后基于摩擦和扰动信息建立一个更为精确的预测模型,并基于此模型设计MPC算法。仿真和实验结果表明,当电机做低速、往返运动时,此方法可以提高系统的速度响应性能和位置跟踪精度。传统的串级控制方法虽然具有较强的鲁棒性,但也在一定程度上限制了系统带宽。为了进一步提升系统的动态响应性能,本文将永磁同步电机的q轴电流和速度控制器融合为一个控制器,设计了单环模型预测控制方法。仿真与实验结果表明,相比于串级控制,单环MPC方法具有更好的动态性能和更高的稳态精度。