近年来,随着永磁同步电机(PMSM)控制策略的发展,模型预测控制逐渐在永磁同步电机控制系统中得到应用。PMSM传统双环控制中速度环和电流环的周期差异的减小使得单环模型预测(SMPC)的优势逐渐凸显。单环模型预测将速度环和电流环合并成一个环,简化系统结构且能获得较好的控制性能。对永磁同步电机单环模型预测控制的研究具有一定的理论及应用意义。.本文首先在模型预测控制理论的基础上,设计了永磁同步电机单环模型预测控制系统并进行详细分析。针对其饱和约束问题,结合在实际的工业过程中对电机的多重约束,建立了永磁同步电机多约束单环模型预测控制模型。仿真结果表明其不仅具有较好的控制性能,而且能够有效处理多重约束条件。其次,分析了永磁同步电机转矩脉动原因并建立了转矩脉动数学模型,得出转矩脉动的周期性特性。在此基础上,针对永磁同步电机单环模型预测转矩脉动问题,在模型预测的基础上引入输出转速误差和控制增量误差模型,将基于误差模型的迭代学习与基于模型预测的计算结合,设计了永磁同步电机迭代预测控制算法。利用MATLAB/Simulink对PI控制和迭代预测两种控制方案进行对比分析,仿真结果表明迭代预测兼具快速动态响应和较高稳态精度优势,明显改善了永磁同步电机控制性能,证明了方案的可行性。最后基于PESX-Ⅱ组合电力电子传动开发平台和TMS320F2812型DSP控制芯片,对永磁同步电机单环模型预测控制系统进行硬件实验,验证了永磁同步电机单环模型预测具有动态响应快、静态误差小、抗负载扰动能力强的特点。