永磁同步電機(jī)三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制

葛興來(lái)，胡曉，孫偉鑫，李松濤

(西南交通大學(xué) 磁浮技術(shù)與磁浮列車教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611756)

0 引 言

模型預(yù)測(cè)控制(model predictive control,MPC)因其易于合并多變量約束條件和出色的控制性能等特點(diǎn)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界均受到了廣泛關(guān)注[1]，目前已被廣泛應(yīng)用于功率變換器[2]、風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)[3-4]和電機(jī)[5-12]等領(lǐng)域。

通常MPC可分為有限控制集模型預(yù)測(cè)(finite-control-set MPC,FCS-MPC)和連續(xù)控制集模型預(yù)測(cè)(continuous-control-set MPC,CCS-MPC)。CCS-MPC可選擇滿足逆變器輸出矢量合成范圍內(nèi)的所有可能開(kāi)關(guān)動(dòng)作，并通過(guò)SVPWM調(diào)制器合成輸出，因此存在著單個(gè)控制周期內(nèi)計(jì)算量沉重的問(wèn)題，難以在實(shí)際工況中實(shí)現(xiàn)。FCS-MPC在一個(gè)控制周期內(nèi)遍歷所有基礎(chǔ)電壓矢量，選擇使價(jià)值函數(shù)值最小的一組作為最佳電壓矢量輸出。整個(gè)系統(tǒng)無(wú)需調(diào)制器，且其可能的開(kāi)關(guān)動(dòng)作(切換狀態(tài))是有限的，因而實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單[13]。同時(shí)，MPC又可根據(jù)單個(gè)控制周期內(nèi)參與控制的電壓矢量個(gè)數(shù)的不同分為單矢量MPC、雙矢量MPC和三矢量MPC。單矢量MPC中，逆變器只能輸出幅值和方向固定的8個(gè)基礎(chǔ)電壓矢量，因此其控制變量的輸出脈動(dòng)較大，穩(wěn)態(tài)性能較差。為了解決以上缺陷，一般可通過(guò)擴(kuò)大電壓矢量選擇范圍進(jìn)行改進(jìn)。雙矢量MPC中在一個(gè)控制周期內(nèi)可輸出兩個(gè)有效電壓矢量或一個(gè)有效電壓矢量和一個(gè)零矢量的組合，文獻(xiàn)[14]和文獻(xiàn)[15]分別就以上兩種組合方式提出了不同的雙矢量MPC控制策略，但因第二個(gè)有效矢量的選擇范圍有限，在輸出脈動(dòng)上雖較單矢量MPC有所改善，但改善程度有限。文獻(xiàn)[16]提出了一種廣義雙矢量策略，相較于文獻(xiàn)[14]和文獻(xiàn)[15]中所提方法，改善了系統(tǒng)的性能，但計(jì)算量繁雜。三矢量MPC中，通常采用兩個(gè)有效電壓矢量和一個(gè)零矢量的組合，達(dá)到輸出電壓幅值與相位均可調(diào)的目的，且整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率固定，穩(wěn)態(tài)性能良好。文獻(xiàn)[17]通過(guò)查表法獲得系統(tǒng)下一控制周期輸出的電壓序列，但其無(wú)法保證所選序列為全局最優(yōu)，文獻(xiàn)[18]將相鄰電壓矢量和零矢量進(jìn)行分組，但其輸出電壓矢量覆蓋范圍有限。文獻(xiàn)[19]和文獻(xiàn)[20]提出了基于預(yù)測(cè)電流和轉(zhuǎn)矩控制的三矢量MPC，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，但在對(duì)電壓矢量進(jìn)行選擇時(shí)均未解決每個(gè)控制周期計(jì)算量較大這一缺陷。

在電機(jī)控制領(lǐng)域，根據(jù)價(jià)值函數(shù)中控制變量的不同，用于永磁同步電機(jī)(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的MPC可分為模型預(yù)測(cè)電流控制(model predictive current control,MPCC),模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制(model predictive torque control,MPTC)和模型預(yù)測(cè)磁鏈控制(model predictive flux-linkage control,MPFC)。MPCC主要針對(duì)dq軸電流變化，以使dq軸電流誤差最小的電壓矢量作為其最佳電壓矢量輸出，盡管其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)易于實(shí)現(xiàn)，但在狀態(tài)切換時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。MPTC將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差視為控制變量，還可以通過(guò)控制多個(gè)目標(biāo)來(lái)降低開(kāi)關(guān)頻率[21]。與MPCC相比，MPTC在狀態(tài)切換時(shí)控制變量過(guò)沖較小，但由于磁鏈和轉(zhuǎn)矩的量綱不同，往往需要在價(jià)值函數(shù)中加入權(quán)重系數(shù)。權(quán)重系數(shù)的選取主要取決于經(jīng)驗(yàn)方法，但由于指導(dǎo)權(quán)重系數(shù)的設(shè)計(jì)與調(diào)整的方法很少，增加了MPTC的復(fù)雜性。文獻(xiàn)[22]在矩陣變換器的預(yù)測(cè)控制中引入模糊邏輯來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整權(quán)重系數(shù)，文獻(xiàn)[23]在轉(zhuǎn)矩和磁鏈方面分別采用兩個(gè)價(jià)值函數(shù)來(lái)避免權(quán)重系數(shù)的存在，但該方法增加系統(tǒng)的計(jì)算量。對(duì)于MPFC，價(jià)值函數(shù)僅將磁鏈作為控制變量，這意味著不再需要權(quán)重系數(shù)，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)與MPTC相當(dāng)?shù)目刂菩阅堋Ｎ墨I(xiàn)[24]和文獻(xiàn)[25]提出了針對(duì)不同電機(jī)的預(yù)測(cè)磁鏈控制方法，但只完成了將磁鏈作為控制變量進(jìn)行基礎(chǔ)預(yù)測(cè)控制。雖然MPFC存在諸如繁重的計(jì)算量、磁鏈值無(wú)法保持恒定等問(wèn)題，但仍然是未來(lái)電機(jī)控制的發(fā)展趨勢(shì)。

基于上述分析，本文提出了一種基于矢量快速選擇的永磁同步電機(jī)三矢量預(yù)測(cè)磁鏈控制。第一節(jié)首先給出永磁電機(jī)的模型，并介紹傳統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制方法。在此基礎(chǔ)上，第二節(jié)首先對(duì)矢量扇區(qū)進(jìn)行重新劃分。在該步驟中，根據(jù)磁鏈無(wú)差拍預(yù)測(cè)控制原理計(jì)算下一周期預(yù)施加的參考電壓矢量，從而將價(jià)值函數(shù)中對(duì)磁鏈誤差的跟蹤轉(zhuǎn)化為對(duì)電壓誤差的跟蹤，減少每個(gè)控制周期的預(yù)測(cè)次數(shù)。隨后詳細(xì)介紹了三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制，其中，推導(dǎo)磁鏈與基礎(chǔ)電壓矢量的關(guān)系，根據(jù)新劃分的矢量扇區(qū)對(duì)第一個(gè)最佳電壓矢量進(jìn)行快速選擇，并將其作用結(jié)果與無(wú)差拍原理計(jì)算所得的磁鏈參考值進(jìn)行比較，兩者的差值作為第二個(gè)最佳電壓矢量選擇的標(biāo)準(zhǔn)。兩個(gè)有效矢量和一個(gè)零矢量的作用時(shí)間根據(jù)無(wú)差拍控制原理計(jì)算得出。第三節(jié)利用仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)所研究的模型預(yù)測(cè)控制方法進(jìn)行驗(yàn)證，并與傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制進(jìn)行對(duì)比。最后，在第四節(jié)中對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，得出結(jié)論。

1 傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制

1.1 PMSM數(shù)學(xué)模型

以表貼式永磁同步電機(jī)為例，其在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流狀態(tài)方程和磁鏈方程為：

pis=Ais+Bus-C；

(1)

ψs=B-1is+D。

(2)

對(duì)于PMSM來(lái)說(shuō)，通常永磁磁鏈值已知，則磁鏈參考值和轉(zhuǎn)矩參考值滿足以下方程[24]：

(3)

式中：np為電機(jī)極對(duì)數(shù)；|ψs_ref|為定子磁鏈參考值；θsf為定子磁鏈參考值與永磁磁鏈之間的夾角，即電機(jī)理想負(fù)載角。當(dāng)控制定子直軸電流isd=0時(shí)，定子磁鏈參考值與理想負(fù)載角可表達(dá)如下：

(4)

(5)

定子磁鏈參考矢量角度為

∠ψs_ref=∠ψf+θsf。

(6)

結(jié)合式(4)～式(6)，定子磁鏈參考矢量可表達(dá)為

ψs_ref=|ψs_ref|ej∠ψs_ref。

(7)

1.2 PMSM預(yù)測(cè)磁鏈控制

定子磁鏈與定子電流之間滿足關(guān)系式：

(8)

對(duì)式(8)采用一階歐拉離散化，可得下一時(shí)刻磁鏈預(yù)測(cè)表達(dá)式：

(9)

定子磁鏈參考值在d、q軸上的分量為：

(10)

PMSM的傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制以磁鏈作為控制變量，逆變器的8個(gè)基礎(chǔ)電壓矢量代入式(9)后可得到對(duì)應(yīng)的8組磁鏈預(yù)測(cè)值，依次代入價(jià)值函數(shù)中并輸出使價(jià)值函數(shù)最小的磁鏈預(yù)測(cè)值所對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)電壓矢量，其控制框圖如圖1所示。磁鏈預(yù)測(cè)控制價(jià)值函數(shù)為

圖1 傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制框圖Fig.1 Block diagram of the conventional model predictive flux-linkage control

g=|ψsd_ref-ψsd(k+1)|+|ψsq_ref-ψsq(k+1)|。

(11)

2 三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制

2.1 優(yōu)化矢量扇區(qū)劃分

傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制在單個(gè)控制周期內(nèi)需遍歷所有基礎(chǔ)電壓矢量，即需預(yù)測(cè)8次并對(duì)價(jià)值函數(shù)進(jìn)行8次對(duì)應(yīng)計(jì)算，經(jīng)比較后再輸出最佳電壓矢量，其計(jì)算量較大，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)性能往往受到一定限制。將矢量扇區(qū)進(jìn)行重新劃分，根據(jù)磁鏈無(wú)差拍預(yù)測(cè)控制原理計(jì)算下一周期預(yù)施加的參考電壓矢量，從而將價(jià)值函數(shù)中對(duì)磁鏈誤差的跟蹤轉(zhuǎn)化為對(duì)電壓誤差的跟蹤，根據(jù)相位判斷參考電壓矢量所在扇區(qū)后與相鄰基礎(chǔ)電壓矢量進(jìn)行比較，該種方法無(wú)需遍歷所有基礎(chǔ)電壓矢量，可顯著減少系統(tǒng)計(jì)算量。

對(duì)于PMSM，其定子磁鏈與定子電壓之間滿足關(guān)系式：

(12)

對(duì)式(12)采用一階歐拉離散化后可得：

(13)

其中Ts為采樣周期。

根據(jù)無(wú)差拍控制原理，令下一時(shí)刻的磁鏈達(dá)到參考值，即

(14)

可得理想電壓矢量為：

(15)

將理想電壓矢量在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的分量轉(zhuǎn)化為在兩相靜止坐標(biāo)系上的分量，可得理想電壓矢量相位為

(16)

對(duì)矢量扇區(qū)進(jìn)行如表1所示的重新劃分，根據(jù)理想電壓矢量相位判斷其所在扇區(qū)，可確定待選有效電壓矢量。

表1 新矢量扇區(qū)劃分Table 1 New vector division

將價(jià)值函數(shù)改寫成如下形式：

g=|us_ref-ui|。

(17)

將待選有效電壓矢量與零矢量分別代入式(17)中進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)比較理想電壓矢量與所在扇區(qū)的有效電壓矢量和零矢量間的電壓誤差大小，即可判斷出下一時(shí)刻預(yù)施加的最佳電壓矢量。矢量扇區(qū)重新劃分后的控制框圖如圖2所示。

圖2 基于新矢量扇區(qū)劃分的預(yù)測(cè)磁鏈控制框圖Fig.2 Block diagram of the MPFC based on new vector division

2.2 有效電壓矢量選擇

為了解決傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制由于輸出電壓矢量的幅值、相位固定所造成的在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、電流諧波較多等方面的局限性，在矢量扇區(qū)重新劃分和價(jià)值函數(shù)跟蹤電壓誤差的基礎(chǔ)上提出三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制，即在每個(gè)控制周期內(nèi)輸出兩個(gè)有效電壓矢量和一個(gè)零矢量的組合，達(dá)到輸出電壓矢量在幅值和相位上均可控制的目的。三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制框圖如圖3所示。

圖3 三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制Fig.3 Block diagram of the improved three-vector MPFC

首先根據(jù)優(yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制確定第一個(gè)最佳電壓矢量uo1，計(jì)算該電壓矢量與理想電壓矢量間的誤差矢量Δu，然后求解誤差矢量Δu在兩相靜止坐標(biāo)系上的分量，判斷其所在扇區(qū)，直接選擇第二個(gè)最佳電壓矢量uo2，其矢量選擇如表1所示。

2.3 作用時(shí)間計(jì)算

令ud_o1、uq_o1、ud_o2、uq_o2、ud0、uq0分別為第一個(gè)最佳電壓矢量uo1、第二個(gè)最佳電壓矢量uo2和零矢量在d、q坐標(biāo)軸上的分量；Sd_o1、Sq_o1、Sd_o2、Sq_o2、Sd0、Sq0分別為第一個(gè)最佳電壓矢量uo1、第二個(gè)最佳電壓矢量uo2和零矢量作用時(shí)定子磁鏈所對(duì)應(yīng)的變化率，其計(jì)算公式如下：

(18)

(19)

(20)

采用磁鏈無(wú)差拍原則計(jì)算各矢量作用時(shí)間，即下一時(shí)刻磁鏈值與磁鏈參考值相等，則滿足：

(21)

其中:t1、t2、t0分別為3個(gè)矢量作用時(shí)間，且t0=Ts-t1-t2。

聯(lián)立式(18)～式(21)可求解得出：

(22)

其中：X1=ud_o2uq_o1-uq_o2ud_o1；

X2=ψsq_ref-ψsq(k)-Sq0Ts；

X3=ψsd_ref-ψsd(k)-Sq0Ts。

對(duì)于計(jì)算所得的矢量作用時(shí)間t1、t2、t0，若其中有小于零的計(jì)算結(jié)果，則舍去相應(yīng)作用矢量，由剩余兩個(gè)矢量作用整個(gè)控制周期。若t1+t2>Ts，則按下式重新分配矢量作用時(shí)間：

(23)

3 仿真與實(shí)驗(yàn)分析

3.1 仿真分析

為了驗(yàn)證三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈算法的可行性，首先基于MATLAB/Simulink搭建了系統(tǒng)仿真模塊，系統(tǒng)控制頻率設(shè)置為20 kHz。其中，永磁同步電機(jī)的參數(shù)如表2所示。

表2 永磁同步電機(jī)參數(shù)Table 2 Parameters of the PMSM

仿真中，電機(jī)首先空載起動(dòng)，由零轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min。穩(wěn)定運(yùn)行后在1s時(shí)突加負(fù)載10 N·m，隨后在2s時(shí)將負(fù)載由10 N·m減載至5 N·m運(yùn)行。測(cè)試結(jié)果如圖4和圖5所示，從上至下依次是定子三相電流波形、轉(zhuǎn)速波形和轉(zhuǎn)矩波形。

圖4 傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制仿真結(jié)果Fig.4 Simulation results of the conventional MPFC method

通過(guò)圖4與圖5對(duì)比，三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制和優(yōu)化磁鏈預(yù)測(cè)達(dá)到轉(zhuǎn)速給定值的時(shí)間分別為0.155 s和0.156 s，二者控制響應(yīng)速度相當(dāng)，但前者電流脈動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯更小。為了進(jìn)一步對(duì)比兩種控制方法的控制性能，圖6和圖7給出了兩種控制方法在額定轉(zhuǎn)速及額定負(fù)載下的諧波分析。由圖6和圖7對(duì)比可以看出，三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制的電流諧波含量明顯小于優(yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制，其穩(wěn)態(tài)性能更佳。

圖5 三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制仿真結(jié)果Fig.5 Simulation results of the improved three-vector MPFC

圖6 傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制定子電流諧波分析Fig.6 FFT analysis of stator current based on the conventional MPFC

圖7 三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制定子電流諧波分析Fig.7 FFT analysis of stator current based on the improved three-vector MPFC

3.2 實(shí)驗(yàn)分析

利用基于RT-LAB實(shí)時(shí)仿真器和數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F28335的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，如圖8所示，進(jìn)一步驗(yàn)證所提出的三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制算法。其中，被控對(duì)象基于MATLAB/Simulink建模，通過(guò)TCP/IP下載到實(shí)時(shí)仿真機(jī)中模擬真實(shí)被控逆變器-電機(jī)系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)的參數(shù)如表2所示。

1)穩(wěn)態(tài)性能。

為了對(duì)比優(yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制與三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制算法的穩(wěn)態(tài)性能，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min和額定負(fù)載10 N·m下運(yùn)行，其實(shí)驗(yàn)波形如圖9和圖10所示，通過(guò)從示波器中截取數(shù)據(jù)分別對(duì)電流和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，兩種控制方法下的穩(wěn)態(tài)性能對(duì)比如表3所示。

圖9 傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Experimental results of the conventional MPFC under steady-state operation

圖10 三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.10 Experimental results of the improved three-vector MPFC under steady-state operation

表3 三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制與傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制穩(wěn)態(tài)性能對(duì)比Table 3 Steady-state performance comparison between the improved three-vector MPFC and the conventional MPFC

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，優(yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制雖然控制簡(jiǎn)單，但其存在電流及輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)均較大等問(wèn)題，而三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制在電流及輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)均得到有效抑制，穩(wěn)態(tài)性能明顯提高。

2)動(dòng)態(tài)性能。

為了對(duì)比優(yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制與三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制算法的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，首先設(shè)置了一組電機(jī)正反轉(zhuǎn)工況，永磁同步電機(jī)在空載情況下運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)波形如圖11和圖12所示。從實(shí)驗(yàn)波形圖對(duì)比可以看出，永磁同步電機(jī)在兩種控制方法下實(shí)際轉(zhuǎn)速都能時(shí)刻跟蹤給定轉(zhuǎn)速，切換過(guò)程中轉(zhuǎn)速保持平穩(wěn)，且過(guò)零點(diǎn)處系統(tǒng)穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)性能良好。

圖11 傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.11 Experimental results of the conventional MPFC under motor forward and reverse

圖12 三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.12 Experimental results of the improved three-vector MPFC under motor forward and reverse

為了進(jìn)一步對(duì)比優(yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制與三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制算法的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，分別設(shè)置了負(fù)載突變和轉(zhuǎn)速突變兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。其中，負(fù)載突變實(shí)驗(yàn)中永磁同步電機(jī)以額定速度3 000 r/min運(yùn)行，負(fù)載由10 N·m突然減至5 N·m。轉(zhuǎn)速突變實(shí)驗(yàn)中永磁同步電機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行，轉(zhuǎn)速由3 000 r/min降至1 500 r/min。實(shí)驗(yàn)波形如圖13～圖16所示。在負(fù)載突變實(shí)驗(yàn)中，兩種控制策略均能在幾乎不影響轉(zhuǎn)速的情況下跟蹤給定負(fù)載，但在負(fù)載切換時(shí)，三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制下的定子電流脈動(dòng)更小，在負(fù)載切換時(shí)能平滑過(guò)渡。在轉(zhuǎn)速突變實(shí)驗(yàn)中，三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制的響應(yīng)時(shí)間與傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制的響應(yīng)時(shí)間近似一致。由于三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制減少了計(jì)算量，因此雖然控制算法更為復(fù)雜，但在動(dòng)態(tài)響應(yīng)上卻與傳統(tǒng)控制方法相似，且前者在速度切換時(shí)的電流波形更為平滑，因此較優(yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制更佳。

圖13 傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制負(fù)載突變實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.13 Experimental results of the conventional MPFC under load variations

圖14 三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制負(fù)載突變實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.14 Experimental results of the improved three-vector MPFC under load variations

圖15 傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制轉(zhuǎn)速突變實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.15 Experimental results of the conventional MPFC under speed command variations

圖16 三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制轉(zhuǎn)速突變實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.16 Experimental results of the improved three-vector MPFC under speed command variations

4 結(jié) 論

為了減少永磁同步電機(jī)傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制的計(jì)算量及系統(tǒng)輸出脈動(dòng)，本文研究一種三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制方法，在該方法中，單個(gè)控制周期內(nèi)輸出一個(gè)由兩個(gè)基礎(chǔ)有效電壓矢量和零矢量合成的虛擬電壓矢量，使系統(tǒng)輸出電壓矢量的覆蓋值變大，開(kāi)關(guān)頻率固定。通過(guò)仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可得出：提出的三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制在電機(jī)正反轉(zhuǎn)、負(fù)載突變和轉(zhuǎn)速突變情況下具有和傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制相當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)響應(yīng)速度，可對(duì)系統(tǒng)給定值進(jìn)行快速跟蹤。與此同時(shí)，三矢量?jī)?yōu)化預(yù)測(cè)磁鏈控制的電流脈動(dòng)及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯減小，其穩(wěn)態(tài)性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)預(yù)測(cè)磁鏈控制，能實(shí)現(xiàn)更好的控制效果。