考虑相位延时的三矢量非线性模型预测控制

摘要

表贴式永磁同步电机(SPMSM)已广泛用于各类驱动系统，模型预测控制(MPC)作为一种新型的控制方法，以其快速响应和多目标优化等特点，逐渐被应用于电机控制系统．然而，传统MPC对系统延时较为敏感，高速运行时面临更高的控制要求．此外，单矢量的作用方式在一个控制周期内只作用一个电压矢量，导致电机电流纹波较大．上述问题在低控制频率下尤为显著．为解决这些问题，对模型精度及矢量作用两个方面进行优化，提出了基于非线性离散αβ模型的三矢量模型预测控制(NL-αβ-TV-MPC)策略．首先考虑到静止坐标系具有零阶保持特性，通过采用静止坐标系下的数学模型抑制相位时延导致的性能恶化．同时从连续域到离散域的离散方式也会极大程度上影响预测精度，利用非线性离散方法提高低控制频率的控制性能．其次，通过对三矢量预测控制进行优化实现电流纹波抑制，同时为避免复杂的枚举过程所带来的计算负担，结合价值函数及实际性能分析选择最优电压矢量组合，并利用价值函数最优化的思想求解电压矢量作用时间．最后，仿真及实验结果表明，所提控制策略相对传统MPC控制方法考虑了系统延时和非线性因素的影响，在保证计算量较小的同时，提高了高速运行状态下的预测精度，降低了稳态运行时电流谐波的含量，从而有效减少了运行损耗并提高了控制性能．

关键词

非线性离散模型 / 三矢量 / 表贴式永磁同步电机 / 模型预测控制