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永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）以其高功率密度和高能量密度廣泛應(yīng)用于電動汽車和軌道交通牽引傳動等領(lǐng)域。與此同時，永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)高性能控制策略的研究受到了廣泛關(guān)注。

模型預(yù)測控制（Model Predictive Control, MPC）基于預(yù)測模型考慮控制量對未來輸出的影響，具有動態(tài)響應(yīng)快和便于處理非線性優(yōu)化問題的特點，隨著數(shù)字處理器運算性能的提升，在電機驅(qū)動領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。有限控制集模型預(yù)測控制（Finite Control Set Model Predictive Control, FCS-MPC）將模型預(yù)測與逆變器的開關(guān)狀態(tài)相結(jié)合，由于其結(jié)構(gòu)簡單，無需參數(shù)整定，在電機驅(qū)動系統(tǒng)中得到了較多的研究。

FCS-MPC通過預(yù)測逆變器各開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)電壓矢量的控制效果選取最優(yōu)矢量，電流響應(yīng)速度快，但引入較大的電流諧波和轉(zhuǎn)矩脈動。為改善FCS-MPC的控制效果，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種改進策略。

文獻[8]將控制周期等分成三段，每段時間內(nèi)選用不同的基本矢量構(gòu)建38個虛擬矢量，相比僅采用基本矢量，電流脈動和諧波含量有一定減小。文獻[9]設(shè)計評價函數(shù)求解單矢量作用的最優(yōu)占空比，采用幅值可變的電壓矢量有效減小電流諧波，策略實用性較高，但電壓矢量相角固定。

文獻[10,11]結(jié)合矢量選擇與作用時間計算，拓展矢量幅值相角選擇范圍。在每個扇區(qū)內(nèi)構(gòu)建不同相角的虛擬矢量，并計算最優(yōu)的電壓矢量作用時間。但隨著控制集拓展，控制效果提升的同時，預(yù)測計算的復(fù)雜度相應(yīng)增加，導(dǎo)致控制策略計算量增加。文獻[8,12]研究了采用無差拍原理減少預(yù)測計算次數(shù)的方法，僅比較無差拍控制電壓參考值所在扇區(qū)內(nèi)的電壓矢量，顯著減小計算量。

此外，在永磁同步電機運行中，受鐵心磁飽和等因素影響，電機參數(shù)實時變化，影響電流預(yù)測精確度和控制效果。文獻[13]考慮逆變器非線性，設(shè)計在線參數(shù)辨識算法，提高策略的參數(shù)魯棒性。文獻[14]補償逆變器死區(qū)效應(yīng)帶來的電流畸變，減小模型非線性誤差。

文獻[15]構(gòu)建了一種具有較強魯棒性的轉(zhuǎn)矩預(yù)測模型，在轉(zhuǎn)矩預(yù)測模型中加入預(yù)測誤差補償器，消除參數(shù)失配等因素對轉(zhuǎn)矩預(yù)測結(jié)果的干擾。文獻[16]通過計算8個基本電壓矢量作用時的預(yù)測誤差，采用上一時刻電壓指令對應(yīng)的預(yù)測誤差校正當(dāng)前時刻的預(yù)測結(jié)果，參數(shù)魯棒性較好。文獻[17-19]引入干擾觀測器對參數(shù)誤差引起的擾動進行準確計算，通過觀測結(jié)果補償預(yù)測誤差，具有準確的參數(shù)擾動抑制效果。

針對預(yù)測電流控制電流諧波較大、參數(shù)依賴性較強等問題，提出一種計及參數(shù)誤差的最優(yōu)虛擬矢量預(yù)測電流控制。通過基本電壓矢量合成幅值相角可變的電壓指令，拓展控制集范圍至六邊形區(qū)域。在此基礎(chǔ)上，采用無差拍原理確定最優(yōu)虛擬矢量所處扇區(qū)，將預(yù)測計算次數(shù)從6次減少到1次。設(shè)計帶有電流預(yù)測誤差反饋校正的評價函數(shù)，通過求解最優(yōu)化問題計算各基本電壓矢量作用時間，提高電流控制效果和參數(shù)魯棒性，并且采用一拍預(yù)測補償數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制延時。

仿真和實驗結(jié)果表明本文所提出的策略可有效降低電流脈動和諧波含量，并且具有較強的參數(shù)魯棒性。

圖2 改進預(yù)測電流控制策略框圖

結(jié)論

本文在分析永磁同步電機電感誤差對電流預(yù)測影響的基礎(chǔ)上，提出一種計及參數(shù)誤差的永磁同步電機最優(yōu)虛擬矢量預(yù)測電流控制?；跓o差拍原理快速判斷最優(yōu)電壓矢量所處扇區(qū)，將控制策略中預(yù)測計算的次數(shù)從6次減少到1次，減小計算量，提高控制策略的實用性。采用由基本電壓矢量合成的最優(yōu)虛擬電壓矢量，將控制集從有限個數(shù)擴展到基本電壓矢量構(gòu)成的六邊形區(qū)域內(nèi)，提高電流控制精度。評價函數(shù)引入預(yù)測誤差反饋校正，補償預(yù)測誤差，提高策略的參數(shù)魯棒性。

仿真和實驗結(jié)果均表明，本文提出的控制策略在不同工況下控制效果良好。相比于單矢量占空比優(yōu)化MPC可以減小電流THD 70%左右，電流動態(tài)響應(yīng)特性有一定提升。并且在電感失配±30%范圍內(nèi)均能保證相同的控制效果，具有較強的參數(shù)魯棒性。