永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，简称PMSM）具有效率高、转矩大、功率密度大等优点，在新能源汽车驱动领域备受关注。作为一种特殊结构的定子永磁型无刷电机，磁通切换永磁（flux-switching permanent magnet，简称FSPM）电机因其结构简单、适合高速、易于散热等优点，近二十余年一直是电机领域的研究热点。为进一步提高该类型电机的控制性能并拓展其应用，本文以FSPM电机的模型预测控制（model predictive control，简称MPC）为研究主题，主要围绕有限控制集模型预测控制原理、三相及五相FSPM电机正常运行与容错控制、转矩脉动抑制等方面展开研究。
　　论文主要研究内容与创新成果如下：
　　1. 以一台三相FSPM电机为控制对象，阐述了该电机的结构特性和建模方法，基于两相旋转坐标系，介绍了模型预测电流控制（model predictive current control，简称MPCC）和模型预测转矩控制（model predictive torque control，简称MPTC）的基本原理及实现方式，并通过价值函数分析了两者之间的内在联系。仿真和实验验证了这两种MPC方法。
　　2. 针对三相 FSPM 电机转矩脉动较大的问题，从控制策略角度出发设计了转矩脉动抑制方法。根据转矩产生机理，提出了基于电流谐波注入和迭代学习控制的定位力矩补偿控制策略。此外，对于MPC每个控制周期内仅作用一个电压矢量所导致的稳态性能问题，提出了一种矢量合成算法，即利用多个矢量代替单一矢量，对输出脉冲宽度进行优化。仿真与实验验证了所提算法的有效性。
　　3. 以一台五相FSPM电机为对象，研究MPC在多相FSPM电机中的应用，基于矢量空间分解原理，详细推导了五相电机建模方法，设计了计及基波和谐波子空间控制的多相MPCC策略，并详细讨论了矢量选择。为了消除谐波子空间中的电压矢量，利用大矢量和中矢量合成的方式构建虚拟矢量。同时，引入占空比控制概念对虚拟矢量的作用时间作进一步优化。仿真和实验验证了所提方法的有效性。
　　4. 研究了五相FSPM电机在单相开路故障下的容错MPC算法，提出了一种计及谐波抑制和电压预筛选的容错MPTC策略。为实现对基波空间和谐波子空间的共同控制，选取了转矩、定子磁链幅值和谐波电流为控制变量，构造预测模型和价值函数；通过推导转矩和定子磁链幅值的关系，将这两个变量统一为定子磁链矢量，消除了两者之间的权值；同时利用参考定子磁链矢量，对备选电压矢量进行筛选，减少了价值函数的优化次数，减小了计算量，可提高硬件控制器的采样频率。
　　5. 为进一步提高容错MPTC的性能，基于空间矢量调制理论设计了一种改进的脉冲宽度调制算法。通过参考电压矢量所在象限对备选电压矢量进行初次筛选，进而利用所选矢量合成参考电压矢量，所提方法计算量小，能实现对基波空间和谐波子空间的共同控制，并有效降低电压跟踪误差，提高稳态性能。
　　6. 分别设计了基于dSPACE1104的三相FSPM电机控制系统和基于DSP-TMS320F28335的多相FSPM电机实验平台，对所提算法进行了深入的实验验证，实验结果证明了所提控制方法的有效性，为后续FSPM电机及其他永磁同步电机的驱动技术研究提供了理论基础与经验指导。