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降低逆变器开关器件的开关频率可以增加其输出功率，但会增大谐波畸变。大容量变频器低开关频率的高性能控制，涉及采用适合的电机控制策略，使得在低开关频率下获得较小谐波畸变的同时，又能使系统具有快速响应能力，是交流电机中压大功率传动高性能控制方面的一个难题。本文以国家自然科学基金项目（51377102）和台达环境与教育基金会《电力电子科教发展计划》项目（DREG2013009）为背景和支撑，对异步电机低开关频率（200~300Hz）下的高性能控制方案进行了较为全面深入的研究，主要工作包括：将模型预测控制引入到逆变器驱动电机控制领域，提出一种单步模型预测直接转矩控制（MPDTC）方法，以磁链和转矩偏差平方和作为价值函数，优先惩罚其中较大的偏差，减小了磁链和转矩脉动。通过在价值函数中添加开关跳变次数约束适当降低了开关频率。仿真结果验证了该MPDTC方法的有效性，同时也发现单步预测控制难以权衡多个控制目标。在单步MPTDC的基础上，以NPC三电平逆变器驱动异步电机系统为控制对象，引入状态输出轨迹外推形成长预测范围，提出一种新颖的低开关频率MPDTC方法。以平均开关频率作为价值函数，将控制问题描述为一个带约束条件的有限状态集滚动时域优化问题。针对优化求解的不可行性，采用更新优化准则价值函数的策略。该方法可使系统运行在300Hz左右的低开关频率下获得快速的动态响应和较理想的电流谐波畸变。针对4kW和1.6MW异步电机驱动系统的仿真研究对其有效性进行了评估验证。在本文确立的MPTDC方法基础上，提出一种低开关频率的模型预测直接电流控制（MPDCC）方法，使得逆变器开关频率最小化且保持电流轨迹在给定滞环范围内。该方法可将NPC三电平逆变器开关频率降低至300Hz以下，同时获得了较理想的电流谐波畸变和动静态性能。与已有单步预测电流控制的对比仿真结果验证了其有效性。针对所提低开关频率MPDTC和MPDCC方法谐波性能不如采用优化PWM时理想，优化PWM不能直接应用于高性能闭环控制系统，本文深入研究了一种基于自控电机定子磁链轨迹跟踪控制（FTTC）的优化PWM闭环方案。提出结合SHEPWM特点的脉冲实时修正策略，实现了磁链轨迹跟踪控制。仿真结果表明，该方法既能在200Hz~300Hz的低开关频率下获得较小谐波畸变，又具有快速响应能力，相比本文所提的低开关频率MPDTC和MPDCC方法，其电流谐波性能更优。研究了一种基于模型预测磁链轨迹跟踪的优化PWM新型闭环控制方案，在不需要估计基波分量的前提下实现优化PWM的闭环控制。将控制问题构造为一个带边界约束条件的二次目标函数型最优化问题，设计了基于无差拍（DB）和二次规划（QP）的模型预测磁链轨迹跟踪控制器。基于该新型闭环系统的仿真结果表明，QP法能尽可能小地修正优化PWM同时消除磁链偏差，电流谐波性能比DB法略好。相比基于自控电机模型的FTTC闭环系统，该系统结构相对简单，两者动静态性能相当，电流总谐波畸变率都维持在5%以内。