永磁同步电机预测电流控制学习

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导读：本期文章主要介绍永磁同步电机无差拍电流预测矢量控制，与传统的永磁同步电机PI调节的矢量控制作对比。
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一、引言

为解决经典PI 控制下电流波动大，反馈电流跟踪性能不佳，导致电流静差过大的问题，在矢量控制的总体框架下引入无差拍电流预测控制。
无差拍是离散控制系统中概念，主要指系统过渡到稳定运行状态的采样周期尽可能缩短，最终目的是让趋近时间达到一种无差的状态。当应用在PMSM 控制系统中时，能够有效降低电机启动和系统因负载变化时所产生的一系列波动，对提高系统的整体控制性能作用明显，但依赖于高精度的电机参数，容易受到参数失配的影响。
二、DPCC的工作原理



图1 基于DPCC的PMSM控制框图
上图1 所示为无差拍预测控制基本框图，其中虚线部分为引入的无差拍预测电流控制(DPCC)控制算法。DPCC 是预测控制的一个发展方向，在PMSM 控制系统中主要应用于电流环中。首先离散化同步旋转坐标系下的数学模型，从而推导出无差拍电流预测的基本控制算法，其次通过在线优化电流误差，并对每个周期的电流进行调整，来计算出作用于当前时刻的指令电压值，并通过SVPWM 调制装置成功计算出作用于开关管的PWM 波，利用此模型可以准确预测出电流在下一周期到达的给定值。由于该算法结合了空间调制技术，其电压利用率高，并且开关频率固定、相电流谐波含量较低、电流响应速度快，所以应用于一些高性能要求的场合。三、仿真建模


图2 基于DPCC的PMSM控制系统仿真



图3 电机转速变化情况

图4 d、q轴电流变化情况由图3、4 可知，当采用PI+DPCC 对PMSM 进行控制时，在电机到达给定转速时，仍然存在约20%的超调现象。但由于DPCC 的存在，PMSM 的转矩变得更加平滑，降低了抖振幅度。