模型预测控制(MPC)作为过程控制的一种,相比于PID控制,MPC具有更好的动态性能和变量约束能力。将MPC应用到永磁同步电机(PMSM)控制系统中,对优化PMSM控制系统结构,提高PMSM的动态性能具有重要意义。然而,MPC在控制过程中因计算量过大所带来的计算结果的延迟,严重影响PMSM的实际控制性能;同时,模型参数的准确性制约着MPC的控制精度与稳定性。针对上述问题,本文对MPC进行以下方面的研究:首先,根据三相永磁同步电机的数学模型和MPC的原理,推导出在同步旋转坐标系下的MPC的预测模型,并利用欧拉离散法,将预测模型进行离散化,便于对模型预测控制程序的编写。通过分析PMSM矢量控制策略和电压空间脉宽调制策略,结合模型预测控制原理,建立模型预测矢量控制结构,为后文研究PMSM模型预测控制器并优化控制结构奠定基础。其次,通过分析PMSM模型预测矢量控制的双闭环级联型结构,分别给出基于模型预测的转速控制器和电流控制器的设计方法。由于建立两个基于MPC的控制器,使得PMSM的矢量控制系统的计算量成倍的增加。针对多个MPC控制器增加计算量问题,重新设计MPC的预测模型,将转速控制器与电流控制器结合,建立一种基于MPC的非级联型的单闭环转速-电流控制器,并给出了其设计方法。通过搭建上述两种结构的仿真模型,对比分析两种结构下PMSM的动态响应能力和MPC控制器的计算能力。然后,针对模型参数的准确性问题对单闭环模型预测控制策略的影响,给出在定子电阻、定子电感、定子磁链和转动惯量分别出现偏差下,PMSM的动态响应情况,并分析不同参数对MPC控制器的影响规律。为提高单闭环模型预测控制器的抗参数摄动能力,根据卡尔曼滤波(KF)原理提出一种扰动观测器的设计方法,并给出显式模型预测控制(EMPC)器的设计方法,利用扰动观测器与MPC控制器构成反馈控制结构。基于上述理论搭建仿真模型,验证扰动观测器抑制参数摄动的能力。最后,搭建以DSP28335为核心的PMSM控制硬件实验平台。实验结果表明,与采用PI控制相比,单闭环的EMPC具有更好的动态响应能力和更少的计算负担。并且由于增加扰动观测器,参数摄动问题得到改善,PMSM控制系统鲁棒性得到提高。