永磁同步电机双矢量模型预测电流控制MPCC_系统仿真_电机

永磁同步电机双矢量模型预测电流控制MPCC

导读：本期文章主要介绍永磁同步电机双矢量模型预测电流控制。在一个控制周期内用零矢量与有效电压矢量（占空比控制）和任意双矢量合成最优电压矢量，可有效改善单矢量发波时的缺陷。

一、引言

由于单矢量MPC的转矩纹波依然较大，而且开关频率在整个速度域范围内不固定，针对这一缺陷，引入双矢量MPC。

根据前面对单矢量MPCC的研究可知，单矢量MPCC在整个控制周期内只有一个基本电压矢量作用。因此转矩脉动比较大，系统的稳态性能较差，为了提高系统的稳定性能，可以在一个控制周期内使两个基本电压矢量作用，即双矢量模型预测转矩控制。目前双矢量MPCC主要有两种形式：一种是基于占空比控制的模型预测转矩控制；另一种是任意双矢量模型预测转矩控制。

二、MPCC控制系统介绍

图1 永磁同步电机双矢量模型预测电流控制MPCC系统框图

双矢量模型预测转矩控制的控制框图如图（1）所示。其基本原理为：1）与单矢量MPCC原理选择出最优电压矢量Uopt一样。值得注意的是，在此方法中第二段矢量固定为零矢量或者其它有效电压矢量，因此为确保一个控制周期内有两段电压矢量，Uopt只在有效电压矢量范围内进行筛选；2）根据选择的Uopt计算其优化作用时间，根据占空比计算公式求得该矢量的作用时间Topt；3）根据所选择的电压矢量以及优化作用时间确定逆变器的开关脉冲。

与传统MPCC相比，双矢量的模型预测转矩控制的电压矢量幅值能实现自我调节，因而控制更加精细，所以能实现比传统MPCC更好的控制性能。

三、MPCC控制系统实现

图2 占空比计算示意图

图3 占空比变化情况

四、MPCC仿真系统实现与波形分析

图4永磁同步电机双矢量模型预测电流控制MPCC系统仿真

图5 基于占空比的双矢量MPCC控制

图6 任意双矢量MPCC控制

基于占空比控制的模型预测转矩控制在一个控制周期内作用一个有效电压矢量和一个零电压矢量。任意双矢量模型预测转矩控制在一个控制周期内作用任意两个电压矢量。从本质上讲，基于占空比控制的模型预测转矩控制是一种特殊的任意双矢量模型预测转矩控制，只是其双矢量组合的方式受到了限制。这两种策略的控制性能在低速区间是基本一致的，在高速区间任意双矢量模型预测转矩控制具有更加优越的稳态性能。

来源：浅谈电机控制

永磁同步电机模型预测电流控制（MPCC）

导读：本期主要是介绍模型预测电流控制。模型预测电流控制主要包括：转速环、预测模型和代价函数。图1永磁同步电机模型预测电流控制系统的结构框图一、对MPC进行简单介绍模型预测控制(MPC)又称为滚动时域控制(RHC)，产生于20世纪70年代末，是一种从工业过程控制中产生的新型控制算法，实用性较强，并在实际应用中得到不断的发展和完善，广泛应用于电力、汽车、化工、航天、能源等领域。一般工业过程中存在多变量耦合、非线性以及不确定性等问题，很难建立准确的模型。因此，采用经典PID控制器或者是一些传统的控制算法所得到的效果并不理想，存在一定的局限性。MPC最突出的特点是“边走边优化”，且对模型的精确性要求较低，因此能够有效地用于复杂对象的控制。模型预测控制应用于电气传动系统中时，可分为连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)和有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)。两者的主要区别:(1)优化方式不同。CCS-MPC利用数学工具对价值函数求最优解得到最优控制量;而FCS-MPC利用变换器的离散性和有限性，遍历电压矢量，价值函数最小的电压矢量即最优控制量。(2)作用方式不同。CCS-MPC中控制量是通过脉冲宽度调制(PWM)方式作用于系统;而FCS-MPC中控制量直接作用于系统。与CCS-MPC相比，FCS-MPC将目标优化和开关状态决策过程优化成一步，且具有概念简单、适用范围广、约束和非线性易纳入价值函数等优点，因此成为了近年来的研究热点之一。二、MPC常见的几种控制MPC根据代价函数中的控制变量不同，分为模型预测转矩控制MPTC、模型预测电流控制MPCC和模型预测磁链控制MPFC等。三、MPCC实现的过程四、MPCC仿真系统的搭建和仿真波形分析图2永磁同步电机模型预测电流控制系统仿真（a）MPCC（b）FOC图3永磁同步电机模型预测电流控制系统整体仿真波形变化情况从图3可以看出，MPCC控制下的转速跟随效果优于FOC控制，超调小且突加载、突减速时的性能更好。转矩脉动和电流谐波也相对较小。（a）FOC（b）MPCC图4励磁电流isd波形变化情况（a）FOC（b）MPCC图5励磁电流isq波形变化情况从图（4）和（5）可以明显地看出，MPCC控制策略下轴电流的动态和稳态性能都优于FOC控制策略下的轴电流。来源：浅谈电机控制