祝贺研旭YXSPACE+YXPHM助力西安科技大学张玉峰团队发表SCI期刊论文

预测电流控制（PCC）是一种先进的永磁同步电机（PMSM）控制策略。当电机驱动系统不受干扰时，预测性电流控制表现出良好的动态响应速度和稳态性能，但传统的PCC控制性能依赖于电机本体模型，容易受到参数扰动的影响。针对这一问题，本文提出了一种基于高增益扰动观测器（HGDO）的改进型无模型预测电流控制（IMFPCC）策略。本文提出的该策略采用了无模型控制的理念，仅依靠系统的输入和构建一个超局部电流预测模型，从而摆脱了电机本体参数的约束。在本文中，通过比较和分析经典超局部结构和PMSM系统的状态方程来优化超局部结构。系统的电流状态变量被纳入超局部系统建模中，因此，经典超局域结构中存在的电流估计误差被消除了。对于未建模的和参数扰动部分，设计了一个高增益扰动观测器来实时估计它。最后，所提出的IMFPCC策略与传统的模型预测电流控制（MPCC）以及传统的无模型的预测电流控制（CMFPCC）进行了对比仿真和实验。结果表明，在参数变化的情况下，IMFPCC策略的稳态误差只有MPCC的50%。证明了所提策略的有效性和正确性。 

PMSM驱动系统的控制框图显示在图1中。一个PI控制器用于外部速度环，IMFPCC控制器用于内部电流环。仿真中的采样频率被设定为10kHz。

图3.三种控制策略在不匹配的电机参数下的相电流傅里叶分析：
（a）MPCC；（b）CMFPCC；（c）IMFPCC。

图2显示了当控制器中的电机参数从0.5*（Ld, Lq, Rs）到2.0*（Ld, Lq, Rs）变化时，三种控制策略的稳态实验结果。电机的工作状态被设定为600rpm，负载为5N?m。

从图2(a)可以看出，传统MPCC的dq轴电流偏离了给定值，当电机参数连续变化时，稳态误差增加。当电机参数大于控制器参数时，dq轴稳态电流不能正确跟随参考值，导致电流的低频谐波大大增加。当电机参数小于控制器参数时，MPCC的电流稳态误差随着d轴电流纹波的增加而显著增加，这是因为基于模型的预测电流由于电机参数的不匹配而不准确，这使得控制器无法为下一个周期选择最佳开关状态。相比之下，所提出的IMFPCC的稳态d轴电流纹波为0.9A，仅为传统MPCC方法的50%。图3显示了三种方法在电机参数变化时的THD值，可以清楚地看到，IMFPCC的三相电流总谐波失真率最小，这证明了所提策略的优越性。综上所述，结果表明，当电机参数不匹配时，CMFPCC和IMFPCC都能保证稳定的电机控制性能，但所提策略的稳态误差明显优于CMFPCC。这证明了本文提出的改进的超局部模型的有效性。

为了验证所提出的策略的动态性能和HGDO在电机的极端工作条件下的稳定性。进行了负载加减、短暂过载和短暂超速的实验。在实验中，电机最初以600rpm的速度运行，负载为5N?m，然后负载增加到11.5N?m（1.2*TN），短暂过载后，电机负载再次降低到5N?m，一段时间后速度指令从600rpm增加到1200rpm（1.2*nN）。图10中给出了三种控制策略的动态实验波形。

图3. 动态工作条件下dq轴电流、相电流和dq轴总干扰的实验结果：
（a）MPCC；（b）CMFPCC；（c）IMFPCC。

如图3所示，在相同的负载变化下，三种方法的动态响应速度是相似的。从dq轴电流比较可以看出，MPCC和CMFPCC方法在加速过程中产生一定的电流波动。相比之下，所提出的IMFPCC的动态过程是平稳的，使电机能够保持稳定的运行状态。图3(b)和图10(c)中的扰动观察图表明，CMFPCC和IMFPCC都能估计出加载过程中的外部负载干扰。但很明显，本文设计的HGDO在干扰估计方面具有更高的精度。综上所述，所提出的IMFPCC策略在加载和升速条件下表现出优越的动态性能。

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