面对全球新一轮产业变革和工业革命,《中国制造2025》规划明确提出,要大力推动先进轨道交通装备、高档数控机床和机器人、新能源汽车与航空航天装备等重点领域的突破发展,而高性能永磁电机系统是上述重点领域高端技术装备的关键与核心。永磁电机系统的功能丧失或停机会给产业装备带来致命性影响和灾难性事故。因此,在一些对容错性、可靠度有更高要求的特殊应用领域,开展可靠度高、结构简单及容错性强的新型多相永磁电机设计与高性能控制方法的研究,对推动我国重点领域高端产业装备同国际先进水平接轨,具有重要的理论与现实意义。针对新型模块化多绕组永磁电机系统高性能控制的关键共性瓶颈问题,本文以国家自然科学基金和国家重点研发计划等重大技术装备研制项目为依托,在传统永磁电机设计和控制方法的基础上,对模块化多绕组永磁电机系统设计和高性能控制两个层面进行了探索,研究发展了适用于新型模块化多绕组永磁电机的高性能鲁棒预测控制方法。研究内容涵盖了:模块化多绕组永磁电机本体设计、特性分析、运行机理与模型建立;参数失配对模块化多绕组永磁电机控制性能的敏感性分析;以及参数失配下模块化多绕组永磁电机高性能鲁棒预测控制方法等方面,建立了较为完善的模块化多绕组永磁电机系统设计与控制技术体系,旨在为工程实用提供一定的理论指导与参考价值。本文创新之处与重点研究内容包括:（1）建立了新型模块化多绕组永磁电机的有限元仿真模型,通过有限元计算分析了该电机的运行机理和输出特性,在此基础上获得了模块化多绕组永磁电机准确的数学模型,为模块化多绕组永磁电机系统的高性能控制奠定了理论基础。针对新型模块化多绕组永磁电机特殊的绕组结构及特性,提出了直接功率预测控制方法和无差拍预测控制方法,消除了预测控制系统中不可逆的一拍延时影响,抑制了预测控制器高带宽产生的转速振荡问题,满足了模块化多绕组永磁电机系统的高性能调速需求,实现了模块化多绕组永磁电机低转矩脉动运行和定子磁链高精度控制,为永磁电机系统在环境恶劣和对可靠性要求更高的特殊场合应用提供了参考价值。（2）揭示了参数失配会影响永磁电机系统控制性能的内在本质,详细分析了模型预测控制器对永磁电机系统参数失配的敏感性,提出了一种新颖的定子磁链预测控制方法,设计了一种基于定子磁链状态的复合离散滑模观测器,该观测器能同时估计磁链参数摄动、转子位置误差和负载转矩扰动,通过利用复合离散滑模观测器来对预测控制器进行补偿,消除了磁链参数摄动和转子位置误差对预测控制器的负面影响。对比研究了传统预测控制方法与新颖预测定子磁链控制方法的控制性能,研究结果表明:在磁链参数摄动和转子位置误差的情况下,所提出的新颖预测定子磁链控制方法能够实现低定子电流谐波和低转矩脉动运行,提升了电机系统对磁链参数失配和转子位置误差的鲁棒性。（3）着重研究了适用于大功率牵引应用的模块化多绕组永磁电机鲁棒转矩预测控制方法。设计了由六个并联逆变器驱动的模块化多绕组永磁电机系统,在传统预测转矩控制方法的基础上,分析了电阻、电感以及磁链参数失配分别对模块化多绕组永磁电机系统控制性能的敏感性。通过在转矩预测控制器中引入比例控制器,有效提升了参数失配下模块化多绕组永磁电机系统的控制精度与鲁棒性。对比研究了参数失配下采用传统转矩预测控制方法时模块化多绕组永磁电机系统的控制性能,研究结果表明:鲁棒转矩预测控制方法显著降低了参数失配下的定子磁链与转矩脉动。（4）提出并研究了模块化多绕组永磁电机系统参数免疫预测控制方法。通过详细分析定子磁链预测控制器对参数失配的鲁棒性,设计了基于一拍延时补偿的鲁棒定子磁链预测控制器,有效抑制了参数失配与一拍延时对模块化多绕组永磁电机系统控制性能的影响。同时设计了基于未知转矩扰动观测器的鲁棒转矩预测控制器,提升了对负载转矩扰动与参数失配的鲁棒性。对比研究了参数失配下传统转矩预测控制方法和参数免疫预测控制方法的瞬态性能和稳态性能,研究结果表明:参数免疫预测控制方法在提升定子磁链跟踪精度、抑制转矩/磁链脉动和降低定子电流畸变量等方面具有明显优势。本文紧密围绕我国制造业对高端技术装备创新发展的重大共性需求,以现代制造业中广泛应用的永磁电机系统为研究对象,重点研究了新型模块化多绕组永磁电机系统鲁棒预测控制方法,解决了参数失配下模块化多绕组永磁电机系统高性能控制的共性基础问题,形成了较为完善的模块化多绕组永磁电机系统设计与控制理论,拓展了永磁电机系统在制造业中不同应用领域的广度和深度,为推进模块化多绕组永磁电机系统的工程化应用提供了理论指导与借鉴。