中大功率变频器为了降低开关器件损耗、提高系统效率,需要降低变换器的开关频率,一般仅有几百赫兹。如此低的开关频率会给电机控制带来两个问题:输出PWM波形谐波畸变增大和动态性能下降。解决谐波畸变可以采用优化的PWM调制策略如特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)或者谐波电流最小脉宽调制(SOPWM)等,其同步且对称的特点可以降低输出PWM谐波。但优化的PWM调制策略是基于稳态工作条件的,不能直接应用于矢量控制等高性能电机驱动系统,在动态过程中会造成PWM紊乱,导致系统过流甚至无法稳定工作。另一方面,除了 PWM紊乱影响动态性能,低开关频率下,系统控制带宽降低,再加上数字控制延时增大,使得矢量控制等高性能控制算法动态性能进一步下降。因此,结合高性能电机控制方法与优化的PWM调制策略是解决低开关频率下电机控制问题的关键。本文针对这一问题进行了研究,主要工作内容如下:首先建立了异步电机数学模型,介绍了矢量控制的基本原理,为后面的研究提供了理论基础。重点研究了低开关频率下矢量控制的耦合问题及主要解耦方法。在电机复矢量模型的基础上,详细分析了一种复矢量全解耦方法,可以提高低开关频率下电机矢量控制在中低速区段时的动态性能。该方法比较复杂,不利于工程实现,本文在复矢量电机模型下分析了耦合的主要因素,同时考虑数字控制延时的耦合影响,提出了一种改进的复矢量解耦控制方法,在保持有效解耦的前提下简化了算法,并通过仿真和实验对所提方法进行了验证。间接矢量控制以其良好的动态响应和简洁的控制结构在工业上应用广泛。但其转子磁链的准确定向受电机参数(特别是转子电阻)与逆变器非线性等系统建模误差的影响。针对这一问题,本文提出了一种新型的基于q轴磁链的转子电阻在线校正算法。与传统转子电阻辨识方法相比,所提方法概念清晰,结构简单,简化了转子磁场定向矢量控制的系统结构,易于工程实现。本文详细考察了数字控制及PWM延时、死区时间等对转子电阻校正的影响,并给出了有效的补偿措施,使得所提算法在低开关频率下仍然工作良好。详细的仿真与实验验证了所提方法的有效性。结合矢量控制和优化的PWM调制策略,本文详细研究了一种定子磁链轨迹跟踪控制算法,可在低开关频率下大大提高中高速区段电机控制的动态性能,同时保持良好的稳态谐波特性。但该方法控制系统结构复杂,工程实现困难,本文提出了一种基于定子磁链指令轨迹前馈的改进方法,取消了基波状态变量观测器以及自控电机控制器,大大简化了控制系统复杂度,便于实际工程应用。针对低开关频率下谐波畸变和动态性能之间的矛盾,可将模型预测控制引入到电机驱动领域,以利用其价值函数可以兼顾多个控制目标的优势。本文详细分析了基于连续集和基于有限集的模型预测控制的特点,提出了一种基于磁链轨迹跟踪的有限集预测控制算法,算法原理清晰、简洁,易于工程实现,提高了低开关频率下电机控制的动态性能,但稳态谐波性能有所降低。为了进一步解决稳态谐波问题,提出了改进的基于连续集的模型预测控制算法,在保证动态性能的基础上获得了与传统优化PWM(SHEPWM)基本一致的谐波特性。最后通过仿真和实验对所提算法进行了验证。