中点箝位（Neutral Point Clamped,NPC）型三电平变流器具有输出电压质量高、开关管承受电压应力小等优点。NPC型三电平变流器-永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）系统在航天航空、轨道交通以及矿山开采等领域得到广泛应用。模型预测转矩控制算法原理简单,特别适合对多目标、多变量的复杂系统进行控制,但存在权重系数整定过程繁琐的弊端。针对传统模型预测转矩控制算法应用于三电平变流器-永磁同步电机系统中所存在的权重系数整定问题,本文对其进行了改进研究。改进模型预测控制算法为了消除电机转矩项与磁链项的权重系数,利用无差拍公式将二者转化为定子电压项,此时价值函数中包含定子电压项和变流器中点电压项。对于定子电压项,将寻优策略等效为参考矢量与基本矢量的距离关系,距离最短者所对应的基本矢量即为最优矢量。对于中点电压项,设定偏移阈值对中点电压进行分区控制。当中点电压偏移幅值小于阈值时,价值函数不考虑中点电压项,仅对电机磁链和转矩进行优化。当中点电压偏移幅值大于阈值时,每个控制周期内中、小矢量的幅值和相位发生变化,引入扇区动态划分机制,对中、小矢量幅值和相位进行重新计算,且价值函数中仅考虑对变流器的中点电压抑制。同时,根据参考电压矢量所在扇区对有限控制集中的备选电压矢量进行合理选择,进一步简化算法执行时间。本文在传统有限集多步预测控制基础上,提出一种改进多步预测转矩控制算法。本文以dSPACE快速原型仿真机作为控制器,搭建了三电平变流器-永磁同步电机实验系统,并对传统模型预测转矩控制算法和改进模型预测转矩控制算法进行实验验证。实验结果表明,在中点电压偏移幅值较大时,改进模型预测控制算法实现了快速平衡中点电压波动,完全消除了权重系数的整定,其稳态性能和动态性能方面均优于传统控制算法。