论永磁同步发电机电流预测控制

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永磁同步电机系统模型预测电流控制策略

摘要电压源型逆变器馈电的永磁同步电动机驱动系统因其具有结构紧凑、可靠性好、功率密度高等优点，被广泛应用于航空、牵引等诸多工业领域。

模型预测控制是产生于工业过程控制中的一种在线优化控制算法，其在处理非线性系统复杂约束优化问题时展现出极大的优势。

近年来，由于模型预测控制具有动态响应快、目标函数配置灵活、易于处理约束优化问题等优点，被广泛应用于电气驱动领域。

但本文通过研究分析发现，备选电压矢量个数有限和占空比调制环节难以有效发挥作用这两个问题导致传统模型预测电流控制策略的稳态性能较差，具有较大的电流和转矩波动。

针对这两个问题，本文开展了相关研究工作。

从拓展有限控制集和改变最优电压矢量选择方式的角度出发，提出一种基于矢量作用时间的模型预测电流控制策略，来改善永磁同步电机传统模型预测电流控制策略中稳态性能较差的缺点。

首先通过加入虚拟电压矢量的方式拓展有限控制集进行优化，并依据在每个扇区内各矢量对d轴电流增、减作用的不同来对有限控制集。

其次令下一时刻的预测电流值等于其期望值，从而可获得每个矢量作用时到达d、q轴电流期望值的矢量作用时间。

利用各矢量的作用时间来衡量其对d、q轴电流的作用效果，以此代替传统预测电流控制中的电流预测环节。

并依靠矢量作用时间来选择最优电压矢量，这样可以有效解决占空比调制环节难以有效发挥作用的问题。

该算法将虚拟矢量与占空比结合，并对有限控制集进行优化，在减少了备选矢量的前提下获得更多的矢量方向和长度选择，提高了系统稳态控制性能。

最后在两电平电压源逆变器永磁同步电机控制系统上完成了传统单矢量模型预测电流控制策略、单有效矢量与零矢量调制的模型预测电流控制策略和本文所提控制策略的实验验证。

通过静态实验结果可证明本文所提算法有效解决了占空比调制环节不能有效利用的问题，获得更好的转矩、电流控制效果，同时动态实验结果显示本文所提控制策略与传统模型预测电流控制策略具有相同的动态响应速度。

关键词：永磁同步电机，模型预测电流控制，矢量作用时间，占空比调制ABSTRACTThe permanent-magnet synchronous motor (PMSM) drive system fed by a voltage-source inverter (VSI) has a lot of merits, such as simple structure, good reliability, and highpower density, etc. It has been applied in various industrial fields including aviation, rail traction, and so on. Model predictive control is a kind of online optimal control algorithm which is produced in industrial process control. It shows great advantage in dealing with complex constrained optimization problem of nonlinear system. In recent years, the model predictive control has the advantages of fast dynamic response, flexible configuration of the objective function, easy to handle constrained optimization problems, and has been widely used in the field of electric drive. But, the traditional model predictive current control exist two problem that the number of voltage vectors are limited and dutycycle modulation can’t be used effectively. Aiming at two problems, this paper carried out relevant research work.In this paper, a predictive current control based on the operating time of vector is proposed for voltage source inverter(VSI)–permanent magnet synchronous motor(PMSM) drive system. The steady state performance of the system is improved by extending the finite control set and changing the selection method of the optimal voltage vector. Firstly, the finite control set(FCS) is extended by adding the virtual voltage vectors and optimized according to the different increasing and decreasing effects of vectors on the d-axis current in each sector. Then making the predictive d,q-axis current values of next time equals to their expected values, so the d,q-axis operating time of each vector are obtained separately. The d,q-axis operating time of each vector are used to evaluate the action effects on d,q-axis current, which replaces the predictive current part in the traditional model predictive current control. Meanwhile, depending on the operating time of vector to select the optimal voltage vector, the proposed method c an solve the problem that the duty cycle doesn’t work effectively in the redictive current control with duty cycle modulation.Finally the experimental verification of the traditional one vector model predictive current control, one active vector and zero vector modulation model predictive current control and the proposed methed in this paper are comleted in the two level inverter control system of permanent magnet synchronous motor. The steaty experimental results show that the proposed algorithm can effectively solve thequestion that the duty cycle modulation link can not be effectively used. Meanwhile, the dynamic experimental results show that the proposed algorithm has the same dynamic response speed as the traditional model predictive current control method.KEY WORDS: PMSM, Model predictive current control, Operating time of vector, Duty cycle modulation目录摘要 (I)ABSTR A CT (III)第1章绪论 (1)1.1课题研究背景和意义 (1)1.2永磁同步电机系统模型预测控制策略研究现状 (4)1.2.1永磁同步电机模型预测电流控制 (5)1.2.2永磁同步电机模型预测转矩控制 (7)1.3本文主要内容 (9)第2章永磁同步电机系统传统模型预测电流控制 (11)2.1永磁同步电机模型预测电流控制的数学模型 (11)2.2两电平逆变器及空间电压矢量 (16)2.3永同步电机传统模型预测电流控制 (18)2.3.1单矢量模型预测控制电流控制 (18)2.3.2单有效矢量与零矢量调制的模型预测控制电流 (21)2.4永磁同步电机传统模型预测电流控制仿真分析 (23)2.5永磁同步电机传统模型预测电流控制局限性分析 (25)2.5.1控制结构 (26)2.5.2备选矢量 (26)2.5.3矢量选择机制 (27)2.6本章小结 (27)第3章基于矢量作用时间的永磁同步电机模型预测电流控制 (29)3.1有限控制集的扩展及优化 (29)3.2基于矢量作用时间的模型预测电流控制 (31)3.2.1备选矢量作用时间的求取 (31)3.2.2价值函数的建立 (32)3.2.3矢量占空比的计算 (34)3.2.4控制策略结构与算法流程 (35)3.3基于矢量作用时间的模型预测电流控制策略性能分析 (36)3.3.1静态运行特性 (36)3.3.2动态运行特性 (38)3.4本章小结 (40)第4章永磁同步电机系统模型预测电流控制实验实验结果分析 (41)4.1永磁同步电机系统实验平台 (41)4.2永磁同步电机系统传统模型预测电流控制实验结果分析 (42)4.2.1静态运行特性 (42)4.2.2动态运行特性 (44)4.3基于矢量作用时间的永磁同步电机模型预测电流控制实验分析 .. 464.3.1静态运行特性 (46)4.3.2动态运行特性 (49)4.4本章小结 (51)第5章总结与展望 (53)参考文献 (55)发表论文和科研情况说明 (61)致谢 (63)第1章绪论第1章绪论1.1课题研究背景和意义装备制造业是推动经济增长的重要动力，更是兴国之器、强国之基。

永磁同步电机的预测电流控制算法研究

永磁同步电机的预测电流控制算法研究【摘要】为提高永磁同步电机（PMSM）的调速性能，本文在分析PMSM 的数学模型和预测电流控制原理的基础上，建立了采用预测电流控制的三相电压型逆变器驱动PMSM的系统仿真模型，结果表明，系统开关频率恒定，电流变化比较平稳，鲁棒性强，且具有良好的动静态性能，验证了所提方案的有效性。

【关键词】永磁同步电机;预测电流控制;鲁棒性1.引言永磁同步电机以其运行效率高、转矩体积比高以及控制灵活等优点而广受关注，近年来国内外学者们永磁同步电机的控制策略研究，取得了一定的进展。

目前对永磁同步电机的研究方法主要有：直接转矩控制、滑模变结构控制、解耦控制、矢量控制等。

[1]提出了电流反馈电压解耦控制方法，取得的效果明显，但系统鲁棒性较差。

[2]阐述了一种基于新型指数趋近律的滑模变结构控制策略，有效的改善了滑模控制的固有抖振情况，使趋近速度上升，但只是对表贴式永磁同步电机进行了相关的验证。

预测控制算法是目前的一种新型研究方法，与已有控制策略相比，可以使电流的谐波含量更低、系统动态响应性能更高。

当建立好准确的系统模型后，对系统各状态变量进行实时，检测，能够基本上实现系统无差拍控制，提高系统控制性能[3-5]。

本文对基于三相电压型逆变器的永磁同步电机电流预测控制方法进行了研究，推导了永磁同步电机的系统数学模型，阐述了电流预测控制方法的原理，并对最优控制电压进行了计算，最后建立了系统的仿真模型，通过仿真验证了所提方案的可行性。

2.逆变器的矢量模型逆变器主电路如图1所示[6]。

图1 逆变器主电路逆变器的开关状态取决于门控信号Sa、Sb、和Sc，如下：（1）（2）（3）表示为向量形式：（4）其中。

逆变器生成的输出电压空间矢量定义：（5）是对逆变器（图1）各相对中性点（N）的电压，然后，负载电压矢量V与开关状态矢量S的关系为：（6）式（6）中是直流母线电压。

考虑到所有可能的组合的门控信号，以及8个开关状态，因此，得到8个电压矢量。

永磁同步电机模型预测控制

永磁同步电机模型预测控制随着科技的不断发展，电机控制技术也在不断提高。

永磁同步电机作为一种新型的电机，具有高效、低噪音、低能耗等优点，逐渐成为电机控制的研究热点之一。

而永磁同步电机模型预测控制技术则是目前较为先进的控制方法之一，本文将对其进行详细介绍。

一、永磁同步电机模型永磁同步电机是一种通过磁场作用实现转动的电机。

在控制永磁同步电机之前，首先需要建立其数学模型。

永磁同步电机模型可以分为两种，即基于dq轴和基于αβ轴。

其中，基于dq轴的模型更为常用。

基于dq轴的永磁同步电机模型可以表示为：$V_d=R_s I_d+L_s frac{dI_d}{dt}+omega_e L_s I_q +omega_e lambda_m$$V_q=R_s I_q+L_s frac{dI_q}{dt}-omega_e L_s I_d$ 其中，$V_d$和$V_q$分别为永磁同步电机的dq轴电压，$I_d$和$I_q$分别为dq轴电流，$R_s$为电机电阻，$L_s$为电机自感，$omega_e$为电机转速，$lambda_m$为永磁体磁通链。

二、模型预测控制模型预测控制是一种基于数学模型的控制方法。

它通过对电机数学模型进行分析和预测，得到最优的控制策略，从而实现对电机的高精度控制。

在永磁同步电机控制中，模型预测控制可分为两种，即基于模型的预测控制和基于数据的预测控制。

其中，基于模型的预测控制是一种通过建立电机的数学模型，预测电机下一时刻的状态，从而得到最优的控制策略的控制方法。

而基于数据的预测控制则是一种通过采集电机实时数据，分析数据，得到最优的控制策略的控制方法。

三、永磁同步电机模型预测控制方法永磁同步电机模型预测控制方法主要包括以下几个步骤：1. 建立永磁同步电机数学模型，并对模型进行分析和预测，得到最优的控制策略。

2. 根据预测结果，计算出电机的控制信号，包括电机的电压、电流等。

3. 将计算出的控制信号送入电机，实现对电机的控制。

永磁同步电机模型预测控制及容错控制策略的研究

永磁同步电机模型预测控制及容错控制策略的研究永磁同步电机模型预测控制及容错控制策略的研究摘要：随着工业自动化技术的不断进步，永磁同步电机作为一种高效能、高动态响应、高功率因数的主动传动设备，得到了广泛的应用。

然而，永磁同步电机在实际运行中也面临着各种问题和异常情况的挑战。

本文以永磁同步电机的模型预测控制和容错控制策略为研究对象，对其进行分析和探讨，并提出相关解决方案。

一、引言永磁同步电机是一种高性能的电力驱动器，广泛应用于工业自动化领域。

其具有响应速度快、高效能、高功率因数等特点，但在实际运行中也会遇到一些异常情况，如电网故障、扰动等，需要进行相关的控制和管理。

二、永磁同步电机的模型预测控制研究永磁同步电机的模型预测控制是一种先进的控制策略，可以有效地解决电机模型不精确、外部扰动等问题。

该方法通过建立电机的数学模型，并根据该模型进行状态和输出的预测，从而实现更精确的控制。

在永磁同步电机的模型预测控制中，首先需要建立电机的数学模型。

该模型需要考虑电机的动态响应特性、电机转子位置、转子磁场等因素。

然后，通过模型预测，确定电机的最优控制量，并对其进行相应调节。

最后，将调节后的控制量输入到电机的控制器中，以实现对电机的精确控制。

三、永磁同步电机的容错控制策略研究在实际运行中，永磁同步电机可能会遇到电网故障、电机故障等异常情况。

为了保证电机的稳定运行，需要针对这些异常情况制定相应的容错控制策略。

容错控制策略通常包括故障检测、故障诊断和故障恢复三个阶段。

首先，需要对电机进行故障检测，通过监测电机的输入输出信号，判断电机是否出现异常。

然后，针对电机故障进行诊断，确定故障类型和位置。

最后，根据故障诊断结果，采取相应的故障恢复措施，保证电机的稳定运行。

四、相关解决方案的提出针对永磁同步电机的模型预测控制和容错控制策略，本文提出了一些相关解决方案。

在模型预测控制方面，可以采用基于最优化算法的模型预测控制方法，以提高控制精度和响应速度。

永磁同步直线电机电流预测控制方法研究

永磁同步直线电机电流预测控制方法研究针对永磁同步直线电机（PMLSM）电流预测控制中因参数不匹配和延时导致的电流误差和振荡问题，提出了一种带延时补偿的PMLSM改进电流预测控制来实现精准的电流控制。

为获得髙带宽电流控制特性，构建一种带延时补偿的数字电流预测控制器标签：永磁同步直线电机;电流预测;方法：1PMSLM的结构设计的PMSLM三维结构示意图.绕组采用分数槽集中绕组，三相绕组嵌入在初级铁心的开口矩形槽中，初级铁心背面嵌入冷却管来提高电机散热能力。

N，S两种充磁方向的永磁体依次粘贴在永磁体轭板表面。

相对于旋转电机，直线电机很难实现铁心斜齿的结构，只能采用永磁体斜极结构来削弱PMSLM的定位力。

削弱PMSLM的定位力。

2PMLSM模型建立假设电机磁路不饱和，且不受涡流损耗和磁滞损耗影响，子绕组对称且绕组电流在气隙中产生的磁动势是正弦分布，则在轴坐标系下，表贴式PMLSM的电压方程可以表不为：uq=Riq+Ldiq/dt+〇}cLid+（〇elP’，（】）ud=Rid+LdiJAt式中为动子电角速度为电机极对数，叫为动子角速度，<y，=Tn;/T，i）为T-，Hl<〇Xk）0]T？4改进电流预测控制带有延时补偿的电流预测控制电流预测控制的工作原理是：假设参数扰动值D（A〇己知，在当前周期的初始时刻，根据电流。

参考指令7*0+1）和第A个周期的采样电流/（々），根据式（4）所示的离散化电压模型，可得到第A个采样周期的电压参考指令若将电压参考指令施加在电机上，经过一个周期后，电机的实际电流/（fc+1）可以跟踪上参考电流7*0+1）。

传统电流预测控制得到的指令电压为：lT（k）=GI（k）+Hr（k+l）+＼+D（k）（5）式（5）中的控制策略由于假设控制周期远大于估计时间，并没有考虑系统延时。

实际上控制周期很小时，由数字控制所引起的系统延时就不可忽略，这种延时会导致电流控制不稳定。

因此，要合理设计方法来解决这一问题。

六相永磁同步电动机的预测电流控制

ＪＩＡＮＧＤｉａｎｂｏ，ＬＩＵＪｉａｎ，ＢＩＡＮＤｕｘｉｎ，ＨＵＹｕａｎｃｈａｏ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｉｂｏＳｈａｎｄｏｎｇ２５５０４９，Ｃｈｉｎａ）
ｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ（ＳＰＰＭＳＭ），ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｐａｃｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆＳＰＰＭＳＭ，ｔｈｅｕｎｉｉｆｅｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｄｉｓ —
第５０卷第７期
２０１７正＿．｝机源自ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳ
Ｖ０１．５０．Ｎｏ．７
７月
Ｊｕ１．２０１７
．．
／＼
相永磁同步电动机的预测电流控制
姜殿波，刘剑，边敦新，胡元潮
（山东理工大学电气与电子工程学院，山东淄博２５５０４９）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｄｅａｄｂｅａｔｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏＳｉｘＰｈａｓｅＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎ－

永磁同步电机电流预测控制算法

永磁同步电机电流预测控制算法随着电力电子技术、微处理器技术和控制理论的发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效、节能、环保等优点，在工业电机、电动汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。

为了实现永磁同步电机的精确控制，提高系统的动态性能和稳定性，电流预测控制算法成为一个重要的研究领域。

本文将详细介绍永磁同步电机电流预测控制算法的原理、研究方法及实验结果，并进行分析和讨论。

永磁同步电机电流预测控制算法主要分为直接电流控制和间接电流控制。

直接电流控制通过直接调节电机的电流实现控制目标，具有控制精度高、响应速度快等优点，但算法复杂度较高，对硬件要求较高。

间接电流控制通过控制电机的电压和频率来实现电流控制，具有算法简单、易于实现等优点，但电流控制精度相对较低。

近年来，许多学者对永磁同步电机电流预测控制算法进行了研究。

其中，基于模型预测控制（MPC）的电流预测控制算法备受。

MPC是一种基于优化理论的控制方法，能够在约束条件下对未来一段时间内的系统进行优化控制。

在永磁同步电机电流控制中，MPC能够实现对未来一段时间内的电流进行预测和控制，提高系统的动态性能和稳定性。

然而，MPC算法的计算量大，对硬件要求较高，实时性较差。

本文提出了一种基于模型预测控制的永磁同步电机电流预测控制算法。

建立永磁同步电机的数学模型，包括电机电磁场、转子运动方程等。

然后，利用MPC算法对未来一段时间内的电流进行预测和控制。

具体实现过程如下：数据采集：通过电流传感器采集电机的实际电流，并将其反馈至控制系统。

模型建立：根据永磁同步电机的电磁场和转子运动方程，建立电机的数学模型。

电流预测：利用MPC算法对未来一段时间内的电流进行预测，考虑电流的约束条件（如最大电流、最小电流等）。

控制策略：根据电流预测结果和实际电流反馈，制定相应的控制策略，包括电压控制、频率控制等。

实时控制：通过微处理器实现对电机的实时控制，保证电流的稳定性和准确性。

为了验证本文提出的永磁同步电机电流预测控制算法的有效性，搭建了一个实验平台进行实验测试。

永磁同步电机的自适应预测电流控制技术

永磁同步电机的自适应预测电流控制技术Yilmaz Sozer David A. Torrey Erkan Mese Member Member Member University of Akron Advanced Energy Conversion, LLC. Yildiz Technical UniversityAkron, OH 44329 Schenectady, NY 12305 Istanbul, TURKEYys@ davidtorrey@ emese@.tr译者：史建昇学号：3008203248摘要在电机控制应用中为了实现精确的转矩控制必须生成幅值和波形都所需的参考电流。

无振荡的预测电流控制器提供了非常好的动态性能。

为了得到非常准确的参考电流，电机和逆变器应当用准确的参数适当建模。

各种参数，特别是反电动势电压和逆变器延迟参数的变化，会导致无差拍电流调节器性能的显着恶化。

本文旨在实时准确测定永磁同步电机的动态参数，使用DSP计算控制算法的时序，相应的更新当前调节，并且考虑类如变频器输出滤波器的延迟参数。

新算法是经过模拟和实验验证的。

这种新的电流调节技术得到的仿真和实验结果具有很好的动态和稳态特性，验证了调节器的性能。

关键词：电流调节器；永磁同步电机，预测控制，反电动势估算，转矩脉动消除。

I.引言本文将介绍由电压源逆变器驱动的永磁同步电动机的预测自适应无差电流控制是如何发展和实时实现的。

最终目标是通过合理的控制尽量减小电机相绕组的电流脉动使电机输出转矩脉动最小化。

针对此，有许多类似的的报告。

文献[1]中说到，在消除转矩脉动时要考虑不平衡绕组和极对极反电动势形状的变化。

在[2]中说，压电式传感器是用来测量转矩脉动产生的扭转振动的。

为了使测量帧扭转振动最小化，控制器会合成定子电流谐波。

该算法计算电流谐波的振幅和相位是基于成本函数最小化得到的。

在[3]中，用负载转矩观测器估测转矩脉动。

检测到的转矩脉动是由增加的前馈谐波电流补偿的。

永磁同步电机模型预测控制的电流控制策略

中图分类号：ＴＭ３５１文献标志码：Ａ文章编号：１００６ — ７０４３（２０１３）１２ — １５５６ — １０
Ａｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
第３４卷第１２期
２０１３年１２月
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报
Ｖｏ１．３４Ｎｏ．１２Ｄｅｃ．２０１３
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｆｅｃｔｅｄｂｙｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｃｒｏｓｓ — ｃｏｕｐｌｉｎｇ，ａｐｐｌｙｉｎｇｄｅｌａｙａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｍｉｓｍａｔｃｈ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｐｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＰＣ）ａｌｇｏｉｒｔｈｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ
ｓｔａｔｅｓｏｆＭＰＣａｒｅｕｓｅｄｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｉｎｌｕｆｅｎｃｅｔｈａｔｔｈｅａｐｐｌｙｉｎｇｄｅｌａｙｈａｓｏｎｔｈｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ，ｔｈｅ￣ｅｄｂａｃｋｃｏｒ — ｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｃｅｄｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｏｒｅｔｉｍｅｉｎｆｏｍａｒｔｉｏｎ，ｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｉｎｌｕｆｅｎｃｅｏｆｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｐａｒａｍｅｔｅｒｍｉｓｍａｔｃｈａｎｄｍｏｄｅｌｅｒｏｒｅｔｃ．，ＳＯａｓｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｕｒ — ｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｕｌｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｙ — ｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｅｉｃｆａｃｉｏｕｓｌｙ，ａｎｄｈａｓｓｔｒｏｎｇｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｆｅｗｅｒａｎｄｅａｓｙｏｒｆｔｕｎｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｉｔｓｕｉｔａｂｌｅｏｒｆｅｎｇｉｎｅｅｉｎｒｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｍａｒｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ；ｃｕｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｙ；ｄｇｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｅ。

永磁同步电机预测控制基本原理

永磁同步电机预测控制基本原理三相永磁同步电机预测控制是一种高性能电机控制策略，可以解决PI控制中调速范围小、动态响应差等问题，但其由于过分依赖模型参数，故其控制效果的好坏往往依赖于参数的精度。

本章首先对永磁同步电机进行了数学建模，得到永磁同步电机的电压方程以及动力学方程；然后介绍了永磁同步电机电压调制原理并分析了死区延时给电机控制所带来的影响；最后阐述了永磁同步电机预测控制，尤其是无差拍电流预测控制的原理，并进行了参数敏感性分析，为后面提出的控制方法作理论支撑。

1.1永磁同步电机数学模型永磁同步电机的动态模型推导通常需要假定以下前提以实现简化分析：（1）铁心饱和忽略不计；（2）反电动势正弦变化；（3）涡流与磁滞损耗忽略不计；（4）转子不存在阻尼绕组。

接下来首先对两相永磁同步电机的数学模型进行介绍，进而介绍三相永磁同步电机模型到两相的转换。

1.1.1静止坐标系下的两相永磁同步电机数学模型输入永磁同步电机绕组的电压可以分解为两个方向的电压矢量，这两个方向的坐标轴（α、β轴）构成了两相定子坐标系，由于两相电机来自于三相电机的等效变换，因此α、β轴取决于三相电的方向，是由永磁同步电机定子绕组安装方向决定的。

两相永磁同步电机的简化模型如图 2.1所示。

β轴α轴图 2.1 两相永磁同步电机模型图中θ为永磁同步电机的电角度。

电机的α、β轴电压方程可写为由电子电阻压降和磁链微分的加和形式：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+=dt d i R u dtd i R u ββββααααψψ (2.1)其中定子磁链ψα、ψβ是由自身励磁产生磁链、其他绕组产生的互磁链以及永磁体产生的磁链分量组成，其计算式为=⎪⎩⎪⎨⎧++=++=θψψθψψαβαβββββαβααααsin cos f f i L i L i L i L (2.2)其中L αα和L ββ分别为α和β轴的自感，L αβ和L βα为两绕组的互感，由于两绕组相互对称，因此L αβ =L βα。

双三相永磁同步电机模型预测电流控制研究

电气传动2021年第51卷第6期摘要：六相逆变器为双三相永磁同步电机提供了丰富的电压矢量资源，能够使预测电流控制变得更加精准，但更多的电压矢量会带来算法计算量过大的问题，同时双三相电机的谐波电流会使电机的损耗增加，需要对其进行抑制。

提出了一种改进的模型预测电流控制方法。

利用最外围大矢量与次外围中矢量在z 1z 2子平面方向相反的特性，在一个控制周期内将两个矢量按照相应比例结合并作用于电机，可实现抑制谐波电流的目的。

根据定子磁链所在扇区的位置确定出更小范围内的8个预测电压矢量，从而减少了系统运算量。

同时以d ，q 轴电流误差项作为价值函数，消除z 1z 2子平面的电流误差项，如此可避免权重系数的整定。

通过实验对所研究方法进行了验证，结果表明所提MPCC 方法可以有效地降低谐波电流，并且具有良好的控制性能。

关键词：双三相永磁同步电机；模型预测电流控制；谐波电流抑制；预测电压矢量中图分类号：TM28文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd22559Research on Model Predictive Current Control of Dual Three Phase PermanentMagnet Synchronous Motor SONG Wenxiang ，REN Hang（School of Mechatronic Engineering and Automation ，Shanghai University ，Shanghai 200444，China ）Abstract:Six phase inverter provides abundant voltage vector resources for dual three-phase permanent magnet synchronous motor ，which can make predictive current control more accurate.However ，more voltage vectors cause the problem of too much calculation.At the same time ，the harmonic current of dual three-phase motor will increase the motor loss ，which needs to be suppressed.Therefore ，an improved model predictive current control （MPCC ）algorithm was proposed.According to the characteristic that the largest vector of the outermost region is opposite to the middle vector of the sub periphery in the z 1z 2sub-plane ，the two vectors were combined according to a certain proportion to act on the motor in a control cycle to suppress the harmonic current.Furthermore ，the stator flux linkage position was observed and the predicted voltage vector was determined according to its sector.The predicted voltage vectors were reduced to 8.The d ，q axis current error term was used as the value function to eliminate the current error term of z 1z 2sub-plane ，so as to avoid the setting of weight coefficient.The results show that MPCC can effectively reduce the harmonic current and has good control performance.Key words:dual three phase permanent magnet synchronous motor （DTP-PMSM ）；model predictive current control （MPCC ）；harmonic current suppression ；predictive voltage vector双三相永磁同步电机模型预测电流控制研究宋文祥，任航（上海大学机电工程与自动化学院，上海200444）作者简介：宋文祥（1973—），男，博士，教授，Email ：**************.cn随着电力电子技术、微控制器技术和电机控制理论的发展，以及工业应用场合的需求，多相电机及驱动系统以其低压大功率输出、高可靠性、低转矩脉动的特点吸引了越来越多的学者研究[1-3]。

永磁同步电动机电流预测控制

永磁同步电动机电流预测控制王利平;张丽【摘要】A novel current predictive control ( CPC) strategy is proposed which has the advantages of SVM and DTC. Dynamic performance of PMSM speed control system can be improved and torque ripple can be reduced with CPC. Different from the double closed-loop PI control of speed and current of PMSM speed control system, CPC directly gives the switching signal of VSI according to the current prediction error related to the predicted current and current reference produced by speed controller. Therefore, CPC omits current PI controller and PWM, as a result that the dynamic response speed is improved and the torque ripple is reduced. The simulation results verify that the stabilizing MPC has simple structure, small calculation demand, excellent static and dynamic performance and strong robustness.%提出一种新型电流预测控制策略(Current Predictive Control,CPC).综合了矢量控制(Space Vector Modulation,SVM)和直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)的优点,可以有效地提高永磁同步电动机调速系统动态响应速度,同时减小转矩脉动.有别于矢量控制的双闭环速度、电流PI控制结构,CPC通过比较电流预测值与速度控制器提供的电流参考值,根据电流预测误差直接给出电压源逆变器(voltage-source inverter,VSI)最优开关序列,省略了SVM中电流PI控制器和脉宽调制器(pulse width modulation,PWM),提高了系统动态响应速度；同时减小了DTC中由于滞环控制产生的转矩脉动.仿真结果表明了稳定MPC控制器结构简单,计算量小,静、动态性能优异,鲁棒性强.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2013(013)009【总页数】5页(P2492-2495,2508)【关键词】永磁同步电动机;矢量控制;直接转矩控制;电流预测控制【作者】王利平;张丽【作者单位】西北工业大学人文与经法学院,西安710072【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、功率因数高、效率高等优点。

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论永磁同步发电机电流预测控制
摘要于同步的旋转轴系之下将永磁同步发电机的离散化的一种电流预测的控制方法提出来，该方法是基于无差的拍算法，可将发电机的电流环性能有效提高。

电流的控制器在基于电机的数学模型后依据电流的给定值以及反馈值的计算将电压矢量计算出来，再通过利用空间矢量的脉宽调制的模块把电压矢量往开关信号方向转换。

将鲁棒电流的预测算法引入来将预测模型的参数误差在系统的稳定性方面影响减小。

据仿真以及实验的结果显示在永磁同步的发电机电流预测的控制方法较传统矢量的控制更有效。

关键词永磁同步发电机；电流；预测；控制
1 前言
永磁同步电机因其效率较高、功率密度较高以及无碳刷等特点被广泛应用于高性能的伺服场合中。

通常情况下，快速电磁转矩的响应对于确保系统管理高动态的性能具有重要意义，而和电磁转矩有直接联系的电流内环特性是衡量伺服性能最为重要的一个指标。

永磁同步电机电流环包括PT调节器及滑膜变结构等控制方法，PT调节器的结构较为简单，且可靠、稳定，其应用较为广泛；而滞环控制的响应较为快速，但该种控制方法的纹波较大，开关的频率不稳定；预测控制能够实现无超调快速跟踪指令信号。

2 永磁同步发电机电流预测控制的概况分析
环嵌套的控制结构是交流伺服的系统本身所具有的，而制约整个伺服系统的动态品质最为核心的因素是其内环中电流环的带宽。

伺服系统的电流控制，其目的在于确保电机的电流能够严格的跟随其既定的变化而改变，并兼顾稳定性以及快速性[1]。

当前，磁场定向的控制是近些年交流伺服的系统中绝大多数采用的方法，于同步的旋转轴系之下对PI调节器进行使用，使其分别控制电机交直轴的电流，而这样可以把控制对象从交流量往直流量方向转变，进而将控制过程简化且将控制精度提高。

集成电子的技术不断发展的同时，相关数字控制的系统因为其具有抗干扰的能力较强、成本低以及体积小等强大优势，因此在交流伺服的领域广泛运用。

然而因为数字控制的系统具有保持以及量化等固定环节存在，所以控制器对于系统的周期性控制规律较强，且将诸多的数字延时引入控制系统当中，例如各种的滤波延时、死区、逆变器输出、脉宽调制的占空比与更新、电流采样。

而这使得控制器输出较系统电流变化更加滞后。

所以于数字的控制系统当中要想将系统控制性能提高，就应该使控制的周期变得更短。

一旦控制算法具有一定的计算时间，将具有越短的控制周期，在系统周期中控制算法亦具有越高的占用比例，进而将系统软件资源减少。

采取将控制算法的频率增加等效的将系统控制的周期减小，可使系统延时的时间减小一半左右，进而将系统的电流环性能提高。

然而由于双采样与双更新的策略占有较多的系统资源，且在固定PWM的调制频率下
亦无法将系统延时减小，其电流带宽最优指标没有实现。

预测控制法具有更小的一些电流谐波的分量以及更高的一些动态响应的性能。

从矢量的合成角度来看包括如下2种。

按照逆变器的输出中7种不同电压的矢量预测下一个控制周期中的电流，且通过1个的评价函数将输出电压的矢量唯一确定。

此类方法具有较大电流纹波以及较快电流频响。

在文献中采取的方法为依据所在扇区与当前系统的状态将1个非零的电压矢量选择出来，再经过零矢量以及电压矢量合成将下一周期重电流给定以及电流的预测值之间具有最小差值。

3 永磁同步发电机的电流控制中系统模型建立分析
3.1 数学模型的建立分析
于同步的旋转轴系之下永磁同步发电机电压的方程如下：
①
②
其中直轴磁链为，交轴磁链为，直交轴的电流以及电压分别为、、、，电角速度为，而永磁体的磁链以及定子电阻及直交轴电感分别为、R、、。

按照电压的方程将状态变量选择为电机的电流，而且当电机属于表贴式的永磁同步的电机时可知L=、，那么可得到状态空间的函数式子③
如果取状态变量为电流，那么依据标准状态的空间函数形式可把③式写成。

而式③于连续的时间状态之下可通解表示成式④
而为了将系统的离散化的一些电流状态的方程得到，采用较小的时间T的状况下可假设如下：系统在输入变量u的时候在KT-（K+1）T在时间的间隔内是恒定的，而且反电势影响的代表为d，一些电流环具有较慢的变化，亦同样认为KT-（K+1）T的时间间隔之内d是恒定的。

之后让而且（k+1）T=t，那么离散化状态方程可通解成（5）
3.2 永磁同步发电机空间矢量的调制分析
电压源型逆变器（VSI），其本质是一种转换器，能够对模拟电压的信号进行数字编码，并将其完整输出。

电压源逆变器同时也是一个离散量化系统，其三相电路图的具体结构中，每个桥臂上上下两个开关管为互补状态时，逆变器呈现8种不一样的开关状态。

而这8种开关相对应的矢量图中，有6个有效电压矢量其具体对应的幅值是2U/3，组成了一个正六边形，将整个矢量空间划分成了6个等面积的扇形，具体如图1中所示。

图1 三相电压源逆变器的基本电压矢量图
电流调节过程中，一个比较重要的组成部分是PWM策略，其大体可分为空间矢量PWM、正弦波PWM以及优化PWM三种。

其中，空间矢量PWM常被用于瞬时电流控制中，原因是其瞬态响应快、谐波含音量小且线性控制的范围较大[2]。

4 永磁同步发电机中电流的控制算法分析
4.1 电流的控制算法中鲁棒电流的控制分析
根据上述永磁同步机的电流预测模型，能够提取出交轴电流的预测方程。

并且在该预测控制方法中，必须要对系统的电流进行预测，预测时需要使用电机的理想参数。

然后生成给定值，从而确保了电机的电流能够随给定电压值的变化而变化。

以下两个公式分别为交轴电流预测控制方程和预测生成的电压给定信号：
（6）
（7）
4.2 电流的控制算法中电压限制分析
因为实际的系统不能将太大的一些线电压输出，所以需限制预测模型所计算出的那些电压矢量，便于将电压有效输出目标实现。

如果在具有恒定幅值的那些坐标变换当中，一旦直流的母线电压是U，同步的旋转轴系下输出的最大电压值是2U/3[3]。

4.3 电流的控制算法中转子角度的补偿分析
在本文中提出的那些算法是于第k个的开关周期的起始时刻所进行的PWM 的占空比计算与采样，之后于第k+1个的开关周期的起始时刻将上一个周期当中所计算出来的占空比的数值更新，所以从角度的采样至占空比运用的时间段内的平均开关周期为1.5倍。

一旦具有较高的转速，将导致误差为10.8°左右。

5 结束语
本文在同步旋转轴系下，以无差拍控制原理为依据，并从实际的永磁同步机模型出发，提出了具体的电流预测控制方法。

同时，应工业发展的需要，本文还提出了改进后的一种鲁棒电流预测控制方法，来确保模型参数不准确的情系统的况下稳定性。

另外，在对电压限制以及转子角度补偿等问题进行了具体分析后，还提出来相应的补偿方法。

上述方法的提出，均说明了再动态过程中，采用电流预测控制算法能够实现对电机电流跟随给定电压值变化的精确控制。

参考文献：
[1]牛里，杨明，刘可述，徐殿国.永磁同步电机电流预测控制算法[J].中国电
机工程学报，2012（6）.
[2]王宏佳，徐殿国，杨明.永磁同步电机改进无差拍电流预测控制[J].电工技术学报，2011（6）.
[3]王伟华，肖曦，丁有爽.永磁同步电机改进电流预测控制[J].电工技术学报，2013（3）.。