本文以多相组交流永磁电机低开关频率大功率应用场合为背景,以低开关频率二极管箝位型三电平逆变器馈电双三相永磁同步电机驱动系统为研究对象,以多步长模型预测控制和基于空间矢量调制的矢量空间解耦控制为基础控制框架,充分利用双三相永磁同步电机驱动系统更高的控制自由度,对低开关频率工况下电机的高性能控制和逆变器的高效可靠运行进行了研究。基于双同步坐标系下的电机模型,针对低开关频率运行工况,本文对比分析了简化欧拉离散方法、前向欧拉离散方法和拉氏变换离散方法三种离散方法的原理、计算量和离散精度。根据无差拍控制框架下的仿真结果,综合考虑计算量和离散精度,选择前向欧拉离散方法对双三相永磁同步电机和三电平逆变器的数学模型进行离散化。为改善电机系统在低开关频率工况下的控制性能,本文提出了一种交替执行采样与控制程序的多步长模型预测控制策略。通过将两套绕组的采样时刻、矢量装载时刻以及参考值追踪时刻相互错开一半的采样周期,该方法将控制延迟和预测时间跨度减小为传统控制策略的一半,使得系统等效采样和控制频率翻倍,提高了控制器对受控变量的预测精度,进而改善了电机系统在稳态和动态工况下的控制效果。其中,本文设计了双层序列模型预测控制,以分层控制的方式解决了交替控制时序中的欠秩问题。同时,交替执行采样与控制程序的多步长模型预测控制策略将电机系统的维度从五维减小为三维,有效降低了待评估候选矢量的规模,进而有效减小了模型预测控制算法的计算量。为提高逆变器的可靠运行能力,本文对低开关频率下三电平逆变器直流侧电容电流纹波、直流侧电压纹波和直流母线中点电位波动的综合抑制进行了研究,提出了两步协同空间矢量调制策略。第一步,根据直流母线中点电位的控制需求,设定两组逆变器工作在小矢量极性相反的运行模式;第二步,基于矢量序列关于不同纹波的排序一致性分析,选择直流侧电压纹波相关的参数作为排序指标,对两组逆变器的矢量序列进行重构。两步协同空间矢量调制策略避免了传统调制策略中两组逆变器产生的高幅电流电平相互叠加的问题,实现了在宽调制比和宽功率因数工况下对直流侧电容电流纹波和直流母线电压纹波的综合抑制。此外,两步协同空间矢量调制策略在低调制比工况下实现了对直流母线中点电位波动的有效抑制,在高调制比工况下实现了对直流母线中点电位高频脉动的有效抑制。仿真和实验结果验证了交替执行采样与控制程序的多步长模型预测控制策略和两步协同空间矢量调制策略在低开关频率工况下的有效性。