中科院电工所科研人员提出永磁同步电机电流预测控制的新算法

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由于功率密度高、效率高等特性，永磁同步电机（Permanent Magnetic Synchronous Motor, PMSM）在工业领域得到了广泛的应用。电流环作为永磁同步电机控制的最内环，其响应速度是控制系统动态性能的关键。

永磁同步电机电流环传统的控制方法为PI调节器控制，PI调节器结构简单，且鲁棒性较好。通过增大PI调节器的增益可以提高系统响应速度，但过大的增益会造成超调，严重时会影响系统稳定性，实际控制中需要同时兼顾控制系统的动态性能和稳态性能，在高性能应用场合会受到限制。相较于PI调节器控制，预测控制在保证系统稳态性能的条件下，能够获得更好的动态性能，在电机控制领域有很好的应用潜力。

中国科学院电工研究所、中国科学院大学的章回炫、范涛、边元均、温旭辉、孙鸿雁，在2022年第17期《电工技术学报》上撰文指出，高性能永磁同步电机控制系统对电流环的动态性能要求很高，传统的PI控制带宽有限，且易出现超调等现象，基于电流预测的无差拍控制具有较好的动态响应。为此，他们提出了一种在同步旋转轴系下改进时序的电流预测无差拍控制算法，在传统无差拍电流预测控制方案的基础上，优化控制时序，进一步提高系统响应速度。

图1 改进时序的无差拍电流预测控制结构

研究人员通过对传统电流预测无差拍控制的时序分析，电流控制器对电流指令进行分段采样，基于永磁同步电机交直轴电压方程模型得到电压指令的补偿值，消除了原有电流指令滞后一拍的计算延时。相对于传统无差拍电流预测控制算法，该方案的电流响应速度更快。

图2 对拖实验平台

功率器件非理想因素和控制延时带来的状态量偏差会不可避免地造成电流跟随的静态偏差，对此，他们引入电压重构算法，实现电流的无静差跟随，从而解决了参考电压不准引起的电流预测偏差问题，减小了永磁同步电机的电流谐波以及状态量误差对电流跟踪精度的影响。

研究人员指出，仿真和实验结果表明，与传统无差拍电流预测控制相比，改进后的电流预测控制算法有效地提高了电流环的动态性能和稳态精度。

本文编自2022年第17期《电工技术学报》，论文标题为“永磁同步电机高性能电流预测控制”。本课题得到国家重点研发计划资助项目的支持。

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