郭 鑫,宗 剑,姜 豪

(上海应用技术大学电气与电子工程学院,上海 201418)

0 引言

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)因其高精度、高效率和卓越的性能等特点在工业领域被广泛应用[1],其能够适应高技术船舶、先进轨道交通、高档数控机床和性能汽车等国家重点发展领域和新型产业的严格的技术要求,在降低电机系统能耗方面,PMSM同样展现出良好的应用前景[2]。PMSM系统作为典型的非线性系统,经典的控制方法如磁场定向控制(field oriented control,FOC)[3]、直接转矩控制(direct torque control,DTC)[4]在某些特定情况下无法达到令人满意的性能。因此,学者们提出了模糊控制(fuzzy control,FC)、鲁棒控制(robust control,RC)、滑模控制(sliding-mode control,SMC)、模型预测控制(model predictive control,MPC)等控制方法来解决上述的问题。其中,MPC因其多目标、多变量和多约束等控制特点,成为国内外学者研究的热点[5]。

MPC根据目标函数所对应控制动作的不同可以大概地分为两类:连续控制集(continuous control set,CCS)MPC,有限控制集(finite control set,FCS)MPC[6],其中FCS-MPC通过目标代价函数计算各开关状态对应的电压矢量的控制效果来选择最优矢量,不需要额外的调制单元,直接操作逆变器的开关实现控制,具备高性能、易应用等优点,但其单个控制周期只能输出一个开关状态,电流谐波和转矩脉动较大[7]。因此有学者提出单个周期内输出多矢量的控制策略,DAVARI等[8]提出一种将零矢量作为第2电压矢量输出的控制策略,相较于传统单矢量MPC,这种基于占空比控制策略可以输出幅值可变的电压矢量,但方向无法改变。针对第2电压矢量总是零电压矢量的问题[8],ZHANG等[9]提出了一种广义的双矢量控制策略,允许第2电压矢量的任意选择,进一步扩展了电压矢量的输出范围,但由于计算量较大,对硬件要求过高。……