永磁同步电机现已广泛应用在工业生产和日常生活中,随着科学技术的进步和人们对生产、生活水平的要求越来越高,具有交流调速系统的相关装备和设施对其控制策略提出了更高的要求。模型预测控制应用在永磁同步电机交流调速系统上可以同时优化多个控制目标,面对不同的应用场合,可以灵活调节各控制目标的控制性能,同时具有优秀的动态和稳态性能。本文以永磁同步电机传统直接转矩控制为基础,结合模型预测控制理论,主要围绕改善电机控制系统稳态性能、简化控制算法等多个方面进行深入的研究,主要工作体现在以下几方面:首先介绍了永磁同步电机直接转矩控制基本理论,分析说明了对永磁同步电机直接转矩控制的磁链和转矩性能。随后介绍了模型预测控制基本原理,对模型预测直接转矩控制进行了研究,其中包括:系统预测模型、控制延时补偿、成本函数设计、电压矢量输出等。并针对基本FCS-MPTC会使电机负载角运行在稳定运行区以外,会造成较大的转矩角波动和运行效率低的问题,提出了对负载角限制的FCS-MPTC策略,最后进行仿真验证和对比分析,有效的解决了电机在轻载、低速状态下运行效率低和运行在弱磁状态下负载角波动大的问题,提高了FCS-MPTC在复杂工况下的稳定性。然后对电机负载角进行详细分析,在建立转矩、磁链和负载角的数学模型的基础上,把MPTC对电磁转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制,消除成本函数中的权重系数,解决了MPTC中权重系数调节过程繁琐的问题,同时也对负载角进行了限制。最后采用DSVM技术来改善磁链和转矩脉动的问题,提升了系统稳态性能,在预测过程中采取一种简单高效的代数方法来筛选预测电压矢量,避免穷举所有可用的电压矢量,显著降低了预测过程中的计算量。最后对提出的永磁同步电机MPFC策略进行仿真验证和对比分析,验证了该方法的有效性和优越性。最后对永磁同步电机CCS-MPTC进行研究。在线的CCS-MPTC在实施过程中不可能预测所有逆变器可输出的电压矢量,必须对其定制一个在线模型预测优化算法。通过对电机模型预测优化问题进行描述分析,证明了基于转矩和磁链的成本函数是凸函数;然后采用梯度法求取最优电压矢量,同时采用FCS-MPTC方法选取迭代起始点,从而在有限迭代次数内求出最终可行解;最后对此方法进行仿真验证,并与FCS-MPTC方法进行了对比,结果表明所提出的CCS-MPTC方法最终求出的可行解即使不是最优解,其控制效果也要优于FCS-MPTC,相比后者的转矩脉动和磁链脉动要显著降低,同时具有与FCS-MPTC相当的动态特性。