温从剑 王 政 张子越

位置伺服电机系统的鲁棒性模型预测控制

温从剑 王 政 张子越

(东南大学电气工程学院 南京 210096)

为提高永磁同步电机位置伺服系统的控制性能，提出一种鲁棒性模型预测直接转速控制(Model predictive direct speed control, MPDSC)策略。首先，介绍一种将有限集MPDSC和两矢量MPDSC相结合的混合MPDSC策略。该控制策略可以在电机稳态和动态运行过程中进行切换。然后，基于滑模控制理论设计一个参数扰动和负载观测器，用于消除电气参数和机械参数不匹配以及负载扰动带来的影响。最后，通过试验对所提控制策略的有效性进行验证。

位置伺服系统；模型预测直接转速控制；滑模观测器

1 引言

永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor, PMSM)由于具有高功率密度、低转矩脉动和噪声小等特点[1]，被广泛地应用于伺服系统中。磁场定向控制和直接转矩控制是PMSM驱动控制中两种常用的策略。然而位置伺服系统对动态性能要求高，这种级联形式的控制器带宽有限。

近些年来，随着数字处理器性能的不断提高，模型预测控制(Model predictive control, MPC)已成为提高系统性能的重要手段。其中，有限集MPC在预测模型的基础上，针对有限的开关状态进行遍历寻优，易于实现且灵活度高[2-4]。为了充分发挥MPC的动态性能，已有许多文献针对PMSM提出了模型预测直接转速控制(Model predictive direct speed control, MPDSC)的方法[5-7]。与模型预测电流控制和模型预测直接转矩控制相比，MPDSC具有更简单的结构，然而现有文献中很少涉及到基于MPDSC的位置伺服系统的研究。

与其他形式的MPC相同，MPDSC的控制性能依赖于系统模型，包括电机电气参数、机械参数以及负载转矩[8]。……