【摘 要】
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模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）是一种高性能电机控制策略,具有结构简洁和动态性能好的优点。但现有的MPC电机控制系统控制周期恒定,预测算法架构单一,没有充分发挥MPC的优势,无法实现系统在各种工况下的最优控制。针对这一现象,本文以永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）为研究对象,结合变开关频率PWM（V
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“永磁同步电机多步预测控制方法研究”（项目编号:51707174）；
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模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）是一种高性能电机控制策略,具有结构简洁和动态性能好的优点。但现有的MPC电机控制系统控制周期恒定,预测算法架构单一,没有充分发挥MPC的优势,无法实现系统在各种工况下的最优控制。针对这一现象,本文以永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）为研究对象,结合变开关频率PWM（Variable Switching Frequency Pulse Width Modulation,VSFPWM）策略,提出了基于变控制周期的永磁同步电机预测控制方法。首先,在两相同步旋转坐标系下建立PMSM数学模型和预测模型,并阐述PMSM预测转矩控制方法的具体控制流程。针对其计算量大的问题提出改进方法:借鉴直接转矩控制电压矢量查找表的工作原理,将控制系统预测一步所需的预测次数由7次减少为3次,极大的降低了算法运算量。搭建改进后的PMSM预测转矩控制方法仿真模型,通过对仿真结果的分析,验证了该方法的有效性。其次,对变控制周期PMSM预测转矩控制系统和定控制周期PMSM预测转矩控制系统的四处不同进行分析:（1）电机状态判定环节,根据引起电机运行状态改变的原因分别设计了给定转速变化判定依据和负载变化判定依据,两种判定依据的合理配合可以准确识别控制系统的运行状态;（2）变开关频率PWM策略,根据两种电机状态判定依据分别设计了转速变化控制周期整定公式和负载变化控制周期整定公式,实现了系统运行状态和控制周期的匹配关系;（3）变步数预测转矩控制方法,实现了系统运行状态和预测步数的匹配关系;（4）变参数PI控制器,根据系统的运行状态调节PI参数,实现了系统的最优控制。随后搭建了变控制周期PMSM预测转矩控制方法仿真模型,通过对仿真结果的分析验证了该方法的有效性。最后,通过对两种控制系统变速和变载过程仿真结果的分析,验证了本文所提方法的优越性。对比性能主要包括动态响应时间、转矩脉动、定子磁链脉动和开关频率等四个方面。仿真结果表明,变控制周期PMSM预测转矩控制方法相较于定控制周期预测转矩控制方法,在缩短了动态响应时间的同时,降低了系统在暂态运行时的转矩脉动和定子磁链脉动。
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