低开关频率的五相永磁同步电机有限集模型预测电流控制算法

张 靖， 武雪松， 李婷婷， 余 彬， 宋文胜

(1. 成都运达科技股份有限公司， 四川 成都 611756； 2. 西南交通大学电气工程学院， 四川 成都 611756)

1 引言

与传统的三相电机驱动系统相比，多相永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)系统具有以下优点：①功率密度高、可靠性强，在一相或多相出现故障时可以容错运行[1-4]；②逆变器容量大，适用于低压大功率的应用场合；③电机的机械噪音较小，输出转矩的脉动幅值明显减小。目前，多相电机驱动系统在航空航天、船舶推进等领域中已经得到了广泛的推广与应用。

在多相电机控制算法方面，许多学者研究了适用于多相系统的矢量控制[5]与直接转矩控制(Direct Torque Control, DTC)算法[6，7]，并获得了良好的控制效果。近年来，在对高性能控制算法的持续探索中，模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)算法引起了人们广泛的关注。其中，有限控制集模型预测控制算法(Finite Control Set Model Predictive Control, FCS-MPC)易于将变换器的离散特性与控制目标相结合，属于应用较多的MPC算法[8-11]。根据控制目标的不同，MPC算法又可分为模型预测电流控制、模型预测转矩控制[12]、模型预测功率控制[13，14]等。

在FCS-MPC算法中，每一个控制周期内需要根据预测模型对控制集中的所有元素进行预测计算，再结合参考值与预测值判断电压矢量的作用效果，选出评价函数值最小的电压矢量作为最优电压矢量。文献[15]中，作者以五相感应电机为研究对象，验证了FCS-MPC算法在多相电机控制中的可行性，并对比分析了FCS-MPC算法与传统PI-PWM控制算法的差异。此外，文献[15]通过实验法研究了权重系数对控制性能的影响，并分析了控制集的元素个数对控制效果与计算量的影响，实验结果表明，使用21个电压矢量能在减小计算量的前提下取得较好的电流控制效果。……