为了解决能源危机和环境污染等全球环保问题,零污染、零排放的新能源电动汽车的研究与发展已迫在眉睫。目前电动汽车的发展主要存在三大技术难关,其中电机驱动系统作为整车控制的直接执行部分,其控制效果将直接影响汽车的稳定性和安全性。永磁同步轮毂电机驱动系统因在能量转化效率、整车轻量化、汽车舒适性和操作稳定性等方面具有突出的优势,是目前最具发展前景的电机驱动系统。而电动汽车驱动系统控制的核心问题就是电机的控制。永磁同步电机经典控制方法有磁场定向控制和直接转矩控制两种,相比于磁场定向控制,直接转矩控制方法避免了反复的坐标变换,不但简化了系统结构而且提高了响应速度,所以本文选择直接转矩控制进行研究。面对传统直接转矩控制存在转矩脉动大的问题,本文首先提出了基于直接转矩控制的永磁同步电机反馈线性化算法,通过反馈线性化控制器设计、SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)模块作用,实现了对电机转矩跟踪控制精度的改善。但是,其控制精度仍难以满足电动汽车对驱动系统的控制要求。而且,除考虑跟踪控制精度外,电机驱动系统的能耗会降低电动汽车电池能量的利用率,缩短续航里程。电机驱动系统作为整车的动力心脏,系统的安全性直接影响整车控制的安全性。所以在保证转矩稳定跟踪的同时仍需要考虑驱动系统的能耗问题和安全性问题。除此之外,SVPWM等模块的应用使系统结构变得更复杂,影响系统的响应速度,掩盖了DTC(Direct Torque Control)的优势。为了解决以上问题,本文提出了有限集直接转矩模型预测控制算法,利用目标函数中跟踪、能耗、极限代价函数的设计来解决控制目标单一的问题、通过最优开关组合的求解来实现对三相逆变器的直接控制,改善控制精度的同时简化控制系统,提高响应速度,在一定程度上完成对永磁同步电机的优化控制。但是,在有限集直接转矩模型预测控制算法实现过程中,被求解出的有效电压矢量会作用于整个控制周期,带来额外误差的同时,加大了逆变器的工作强度和能量损耗,而且开关频率不固定。为了解决以上问题,加强对逆变器的控制,在有限集模型预测控制基础上引入占空比调制方法,提出基于占空比的永磁同步电机直接转矩模型预测控制算法,通过占空比调制,精确控制有效电压矢量作用时间,进一步提高控制系统的精度,减少逆变器的工作时间,延长使用寿命,降低能量损耗。最后,在Matlab/Simulink环境下对本文提出的电机控制算法进行验证。主要内容和创新点:1.针对传统直接转矩控制与直接转矩反馈线性化控制算法中控制精度不足、控制目标单一的问题,提出了考虑转矩与磁链跟踪控制、驱动系统能耗问题和安全性问题的有限集直接转矩模型预测控制算法,改善控制精度,简化系统,提升响应速度,提高电机驱动控制系统综合性能。2.为了进一步加强对逆变器的控制、提高系统的控制精度,提出了基于占空比的直接转矩模型预测控制算法,通过占空比调制,精确控制三相逆变器中最优开关组合的作用时间,提高驱动系统的控制精度,优化功率器件工作时间,延长使用寿命。