基于占空比优化的永磁同步电机双矢量fcs-mpc

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1、基于占空比优化的永磁同步电机双矢量FCS-MPC嵇越薛雅丽万勇南京航空航天大学在永磁交流伺服系统屮，一般采用电流、转速和位置三环级联控制结构。作为最内部的电流环，其动态和稳态性能直接影响系统的整体性能。与传统的n控制相比，有限集模型预测控制具有动态响应快的优点，但传统的有限集模型预测控制存在电流纹波较大的问题。为解决该问题，提出一种基于占空比优化的双矢量FCS-MPC，选择最优的矢量组合并分别计算各矢量的作用时间，从而获得更精确的电压矢量。仿真结果表明，和传统的有限集模型预测控制相比，该控制算法能够显著降低电流纹波。关键词：永磁同步电机;电流控制;奋限集模型预测控制;占

2、空比优化;反馈校正;Two-VectorFCS-MPCforPermanentMagnetSynchronousMotorsBasedonDutyCycleRatioOptimizationIYueXUEYaliWANYongNanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics;Abstract：Theservosystemofapermanent-magnetsynchronousmotorusuallyconsistsofcurrent,speedandpositionloops.Comparedwithconventional

3、PIcontrol,finitecontrolset-modelpredictivecontrol(FCS-MPC)hastheadvantageoffastresponse.ButconventionalFCS-MPChasbigcurrentripple.ThispaperproposesanimprovedFCS-MPCwiththedutycycleoptimizationinsynchronousrotatingreferenceframe.Inordertogetmoreprecisevoltagevector,themostoptimalvectorcom

4、binationischosenandeachactiontimeiscomputed.Thesimulationresultsshowtheeffectivenessofthealgorithm.Keyword：permanentmagnetsynchronousmotor;currentcontrol;FCS-MPC;dutycycleoptimization;feedbackcorrection;0引言永磁同步电机因其高效率、高功率密度、运行可靠以及维护方便等优点，在工业机器人、数控机床和航空航天等高性能伺服场合，得到了广泛的应用。在工业机器人单轴/多轴伺服驱动系

5、统中往往要求快速的转矩响应以保证整个系统的高动态性能。目前，永磁同步电机控制一般采用电流、转速和位置三环级联结构［卜2］。处于最环的电流控制器性能，如带宽、稳态精度等，就成为影响伺服系统整体性能的关键因素。预测控制是一种在工程应用中发展起来的计算机控制算法，具有很强的工业应用背景和普遍适用性。与其他控制方式不同，预测控制考虑了控制量对未来的影响，能得到更高的动态响应性能［3-4］。常用的预测控制方法主要包括无差拍预测控制、广义预测控制、预测函数控制和有限控制集模型预测控制。有限集模型预测控制(finitecontrolset-modelpredictivecontrol

6、)是最近提出的一种预测控制方法，结合了模型预测控制、启发式智能优化和电力电子开关调制的优点，能简单地实现变换器的电流和转矩控制，只有处理多目标优化、控制约束的能力位1。本文在有限集模型预测控制基础上，提出•一种改进的双矢量有限集模型预测控制，将其与矢量控制相结合，以价值函数最小为原则，分别计算两个基本电压矢量的占空比，限制占空比小于1。仿真结果表明，相比于传统的有限集模型预测控制，改进的双矢量有限集模型预测控制能够获得更好的电流环稳态性能。1永磁同步电机数学模型图1为电压源型逆变器驱动的表贴式永磁同步电机驱动的简化模型。图1永磁同步电机驱动的简化模型在同步旋转坐标系下，

7、永磁同步电机的电压方程可以表示为:其中:ud、uq为d、q轴电压，L、1（1为€）、q轴电流，L（i、Lq为d、q轴电感，心为定子电阻，◦。为电角速率，叭为永磁体磁链。对于表贴式永磁同步电机，近似有LdM,q:LsO当采样时间Ts足够小时，采用前向Euler法对定子电流微分，得到离散化的电压方程为：2传统有限集模型预测控制三相电压源型逆变器共8种开关状态，即8个基本电压矢量。传统的有限集模型预测控制的基本原理是在电机数学模型的基础上，将基本电压矢量代入到模型中计算，预测出下一时刻的电流，再将参考电流和预测电流的差值代入到价值函数屮进行滚动