不断拓展的应用工况对永磁同步电机的抗扰性能和可靠性提出了更高要求。在抗扰性能而言,多数应用场合要求永磁同步电机控制系统在保证转速跟踪性能的同时,有效抑制参数失配引入的非周期性扰动以及逆变器死区效应、转子磁链分布非正弦等引入的周期性扰动对控制性能的影响。此外,为了满足航空航天、牵引机车等应用场合的特殊需求,永磁同步电机及其控制系统应具备故障下的不间断运行能力,对系统容错控制策略提出了更高要求。以此为背景,本文建立了永磁同步电机零阶保持数学模型,该模型考虑了非周期性扰动和PWM的零阶保持特性及每个采样周期内逆变器输出的电压锁定现象。在此基础上设计了预测控制器和扰动观测器,并提出了控制器和观测器的参数整定方法,分析了不同工况下控制器的鲁棒性。理论分析和实验结果表明,所提出的基于零阶保持模型的电流预测控制策略可以有效抑制非周期性扰动,并且在保证快速动态响应的同时具备较强的鲁棒性。同时,为了抑制电机和逆变器的非理想因素引入的周期性扰动,本文在建立电机的零阶保持数学模型时考虑了该周期性扰动,并将矢量谐振控制器内嵌入预测控制器中,设计了永磁同步电机预测谐振控制器,并提出了相应的参数整定方法。理论分析和实验结果表明,所提出的电流预测谐振控制器不仅可以有效抑制周期性扰动,还具有良好的稳态性能、暂态性能和稳定裕度。此外,为了提高永磁同步电机运行可靠性,本文研究了开绕组永磁同步电机断相故障前后电磁转矩和电流的运行特性。基于该运行特性设计了抑制转矩波动的预测容错控制器。实验结果表明,本文提出的容错控制策略不仅在故障运行状态下可以有效抑制转速、转矩波动,还可以在正常运行状态下具有良好的控制性能,满足了故障前后无需切换控制器的控制需求。