基于电压误差判断的PMSM双矢量模型预测控制
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基金项目：国家重点研发计划(2016YFC0600906) 定稿日期：2018-04-26 作者简介：云献睿(1993-),男，安徽阜阳人，硕士研究生， 研究方向为电力电子及电力传动。
为了减少算法的循环次数，可采用快速矢量 选择应用在双矢量MPC中。所述方法将传统的基 于电流跟踪误差的价值函数变为基于电压跟踪误 差，只需要进行两次预测便可得到两个最优得电 压矢量。实验结果表明，改进后的算法有效地减少 了计算量。
2 IPMSM数学模型
IPMSM在d,q旋转坐标系下的数学模型方程 表达式为：
u =L di /d«+/?si +we (Lj.d+ )
.,.
5 dWe/d«=(l/J)[np(re-rL)-Ba>e]
(1)
7e=(3⑵心[0嘉+(厶厂L)爲]
式中儿,4为定子电流在d,q轴的分量；吗为定子电压
在d,q轴的分量;R,为定子绕组;厶“厶为IPMSM在d,q轴电 感值；切为转子永磁体磁链；処为转子角速度汀为转动惯
1引言
内埋式永磁同步电机(IPMS M)具有高功率密 度、效率高、结构紧凑等优良性能.IPMSM在高性 能调速系统领域得到广泛应用。MPC适用于多变 量系统，分为连续控制指令的MPC和有限控制指 令的MPC,连续控制指令的MPC需要脉宽调制 器，通过滚动优化选取最优的电压给定值。有限控 制指令的MPC中由于单矢量MPC只用一个电压 矢量作用逆变器，导致系统动态性能较差。文献[1] 采用双矢量MPC,将电压矢量和作用时间同时考 虑到价值函数中，使得到的电压矢量为全局最优， 但需要经过14次预测才能选到两个最优电压矢 量，导致算法计算量大且复杂度高。
Βιβλιοθήκη Baidu
需要对所有的基本电压矢量进行预测，此算法的计算量和复杂度较大，没有考虑开关损耗的问题。提出的双矢
量模型预测控制(MPC)的价值函数是基于电压跟踪误差，电压矢量选择时只需进行一次预测就能选出最优电
压矢量，第二个电压矢量是从第一个电压矢量的相邻矢量中选取，因此大大减少了算法的计算量和复杂度。实
验结果表明，所述方法不仅具有较好的电流跟踪能力，而且有效地减少了电流纹波和开关次数。
第53卷第1期 2019年1月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.53, No.l January 2019
基于电压误差判断的PMSM双矢量模型预测控制
云献睿，周肖飞，何凤有，王当邦 (中国矿业大学，电气与动力工程学院，江苏徐州221116)
摘要：在传统的永磁同步电机双矢量模型预测电流控制(MPCC)中，选取两个最优电压矢量时，每一次选取都
关键词：永磁同步电机；双矢量；电压跟踪误差
中图分类号:TM341
文献标识码：A
文章编号：1000-100X(2019)01-0011-03
PMSM Dual Vector Model Predictive Control Based on Voltage Error Judgment
YUN Xian-rui, ZHOU Xiao-fei, HE Feng-you , WANG Dang-bang
(China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China) Abstract: In the traditional double vector model predictive current control (MPCC) of permanent magnet synchronous motor, when two optimal voltage vectors are selected, every selection needs to predict all the basic voltage vectors.The computation and complexity of the algorithm are large and the switching loss is not considered.The value function of the dual vector model predictive control (MPC) is proposed based on the voltage tracking error.The optimal voltage vec tor can be selected only once when the voltage vector is selected.The second voltage vector is selected from the adja cent vectors of the first voltage vector, thus greatly reducing the computation and complexity of the algorithm.The ex perimental results show that the proposed method has better current tracking ability, and effectively reduces the cur rent ripple and the number of switches. Keywords: permanent magnet synchronous motor ； dual vector ； voltage tracking error Foundation Project:Supported by National Key Research and Development Program of China(No.2016YFC0600906)
量；心为电机极对数；人为电机输岀转矩；几为负载转矩；
B为摩擦系数。
11
第53卷第1期 2019年1月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.53, No.l January 2019
对式(1)前两式进行一阶离散后可得： 沖仏+1 ) = ( 1-RTJLJ诂矗(k)LJLd+
为了减少算法的循环次数，可采用快速矢量 选择应用在双矢量MPC中。所述方法将传统的基 于电流跟踪误差的价值函数变为基于电压跟踪误 差，只需要进行两次预测便可得到两个最优得电 压矢量。实验结果表明，改进后的算法有效地减少 了计算量。
2 IPMSM数学模型
IPMSM在d,q旋转坐标系下的数学模型方程 表达式为：
u =L di /d«+/?si +we (Lj.d+ )
.,.
5 dWe/d«=(l/J)[np(re-rL)-Ba>e]
(1)
7e=(3⑵心[0嘉+(厶厂L)爲]
式中儿,4为定子电流在d,q轴的分量；吗为定子电压
在d,q轴的分量;R,为定子绕组;厶“厶为IPMSM在d,q轴电 感值；切为转子永磁体磁链；処为转子角速度汀为转动惯
1引言
内埋式永磁同步电机(IPMS M)具有高功率密 度、效率高、结构紧凑等优良性能.IPMSM在高性 能调速系统领域得到广泛应用。MPC适用于多变 量系统，分为连续控制指令的MPC和有限控制指 令的MPC,连续控制指令的MPC需要脉宽调制 器，通过滚动优化选取最优的电压给定值。有限控 制指令的MPC中由于单矢量MPC只用一个电压 矢量作用逆变器，导致系统动态性能较差。文献[1] 采用双矢量MPC,将电压矢量和作用时间同时考 虑到价值函数中，使得到的电压矢量为全局最优， 但需要经过14次预测才能选到两个最优电压矢 量，导致算法计算量大且复杂度高。
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需要对所有的基本电压矢量进行预测，此算法的计算量和复杂度较大，没有考虑开关损耗的问题。提出的双矢
量模型预测控制(MPC)的价值函数是基于电压跟踪误差，电压矢量选择时只需进行一次预测就能选出最优电
压矢量，第二个电压矢量是从第一个电压矢量的相邻矢量中选取，因此大大减少了算法的计算量和复杂度。实
验结果表明，所述方法不仅具有较好的电流跟踪能力，而且有效地减少了电流纹波和开关次数。
第53卷第1期 2019年1月
电力电子技术 Power Electronics
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基于电压误差判断的PMSM双矢量模型预测控制
云献睿，周肖飞，何凤有，王当邦 (中国矿业大学，电气与动力工程学院，江苏徐州221116)
摘要：在传统的永磁同步电机双矢量模型预测电流控制(MPCC)中，选取两个最优电压矢量时，每一次选取都
关键词：永磁同步电机；双矢量；电压跟踪误差
中图分类号:TM341
文献标识码：A
文章编号：1000-100X(2019)01-0011-03
PMSM Dual Vector Model Predictive Control Based on Voltage Error Judgment
YUN Xian-rui, ZHOU Xiao-fei, HE Feng-you , WANG Dang-bang
(China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China) Abstract: In the traditional double vector model predictive current control (MPCC) of permanent magnet synchronous motor, when two optimal voltage vectors are selected, every selection needs to predict all the basic voltage vectors.The computation and complexity of the algorithm are large and the switching loss is not considered.The value function of the dual vector model predictive control (MPC) is proposed based on the voltage tracking error.The optimal voltage vec tor can be selected only once when the voltage vector is selected.The second voltage vector is selected from the adja cent vectors of the first voltage vector, thus greatly reducing the computation and complexity of the algorithm.The ex perimental results show that the proposed method has better current tracking ability, and effectively reduces the cur rent ripple and the number of switches. Keywords: permanent magnet synchronous motor ； dual vector ； voltage tracking error Foundation Project:Supported by National Key Research and Development Program of China(No.2016YFC0600906)
量；心为电机极对数；人为电机输岀转矩；几为负载转矩；
B为摩擦系数。
11
第53卷第1期 2019年1月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.53, No.l January 2019
对式(1)前两式进行一阶离散后可得： 沖仏+1 ) = ( 1-RTJLJ诂矗(k)LJLd+