模型预测控制由于具有动态响应快、控制性能好、控制灵活等优点，已经成为高性能电机驱动器的成熟控制策略之一。然而传统的双矢量模型预测控制策略具有开关频率高、计算量大的问题，针对这些问题，本研究提出了一种固定开关频率的双矢量模型预测控制策略，仿真和实验结果证明了所提控制策略相对传统的双矢量模型预测控制策略的优越性。
研究背景永磁同步电机由于具有功率因数高、可靠性高、结构简单等优点，目前在舰船电力推进、电动汽车驱动、航空航天等领域被广泛应用。有限集模型预测控制应用于两电平电压源型逆变器供电的永磁同步电机驱动器，其控制集包含六个有源电压矢量和两个零电压矢量。传统的双矢量模型预测控制策略通过在一个控制周期中输出两个电压矢量降低稳态纹波，但是开关频率较高，且计算量非常大，易引起电机的铁、铜损耗增加，可能会诱发不良的谐波振荡，给电机的正常运行带来风险。论文所解决的问题和意义针对传统的双矢量模型预测控制策略存在的开关频率高、计算量大的问题，研究人员对参考电压矢量进行了深入研究，通过构造高效的电压矢量选择表和作用时间计算方法，提出了固定开关频率的双矢量模型预测控制策略，能够有效在固定开关频率的同时减小计算量。论文方法及创新点1、参考电压矢量的分析图1图1表示在每个控制周期中D-MPCC的参考电压矢量所在扇区的变化情况，从图1（a）可以看出，在每个控制周期内的参考电压矢量所在的扇区总是以固定的模式变化，从扇区Ⅰ到第扇区Ⅵ，依次循环，即参考电压矢量在电压矢量图不停的做逆时针旋转。图1（b）表示图1（a）放大之后的情况，从图中可以看出随着控制周期的变化，参考电压矢量所在的扇区可能不变，或者只变换到相邻的扇区。例如在图1（b）中，参考电压矢量在某些时刻一直位于扇区Ⅰ和扇区Ⅵ中，在另一些时刻会从扇区Ⅰ变换到扇区Ⅱ。2、本文所提策略流程图2根据对参考电压矢量的分析，提出高效的电压矢量选择表，可以根据上一个选择的最优电压矢量来确定本次电压矢量的选择范围，且采用电压形式的价值函数来进行筛选，在单个控制周期中，寻找两个最优电压矢量需要循环的次数由七次降为两次，有效降低了计算量，节省了处理器软件资源；同时提出一种基于d、q轴电压差的作用时间计算方法，使得电压矢量的持续时间恒大于零，以降低计算量和固定开关频率。3、实验验证图3实验平台研究结果表明，与传统双矢量模型预测控制相比，本文提出的策略在固定开关频率和减小计算量的同时保持了优异的动静态性能。结论针对传统的永磁同步电机双矢量模型预测电流控制计算量大、开关频率不固定的问题，提出了一种固定开关频率的双矢量模型预测控制策略。首先构造高效的电压矢量选择表，减小了计算量；其次提出了一种基于d、q轴电压差的作用时间计算方法，进而固定开关频率；最后通过仿真和实验进行验证了本文所提策略的有效性。团队介绍中国石油大学（华东）高效能电机及先进控制团队长期致力于兆瓦级静态密封高温超导电机及其低温冷却系统等特种电机和通用电机的拓扑结构及其控制策略与故障诊断技术的基础研究以及工程应用。主要涉及风力发电用静态密封高温超导励磁及永磁励磁低速大转矩直驱电机的设计、分析及其系统控制；石油石化领域抽油机和潜油电泵的节能控制；基于风-光-网电互补直流微电网的油井节能变频群控；柔性直流输电和油田能源互联网等研究方向。陈荣，讲师，硕士生导师，研究方向为电机智能控制、特种电机驱动和特种电源。翟凯淼，硕士研究生，研究方向为电机系统及其控制。本工作成果发表在年第14期《电工技术学报》，论文标题为“永磁同步电机双矢量固定开关频率模型预测控制研究”。本课题得到国家自然科学基金资助项目的支持。