摘要：在永磁同步电机（PMSM）有限集模型预测磁链控制策略（FCS-MPFC）中，磁链给定值计算、实际值获取以及未来值预测都要用到电机参数。受工况和温度的影响，电机参数具有 变化性，参数偏差将影响实际预测控制性能。为提高控制系统鲁棒性，需要对电机d、q轴电感和 永磁

阅读提示：本文约 2700 字

研究背景

有限集模型预测磁链控制（Finite Control Set-Model Predictive Flux Control, FCS-MPFC）具有概念简单、适用 范围广、易于考虑系统非线性约束、无需设计控制器等优点，成为近年来的研究热点之一。但FCS-MPFC 由于磁链的计算对参数依赖较强，参数偏差将影响实际控制效果。

因此，提高FCS-MPFC 的参数鲁棒性逐渐成为学界研究的热点。就参数鲁棒性而言，主要涉及磁链给定值计算、磁链观测以及磁链预测等环节。此外，逆变器死区时间使得通过开关状态计算得到的定子电压值与实际值出现偏差，影响状态量的计算和观测，且在 FCS-MPFC中，参数鲁棒性与死区效应两者相互制约，很难同时解决。

鉴于此，本文提出一种适用于FCS-MPFC的多参数在线辨识方案。所提方案利用广义比例积分观测器构建q轴电感和转子磁链辨识方程，并通过电流差分方程对d轴电感进行辨识以解决欠秩问题。此外，针对FCS-MPFC的电压矢量输出特性通过优化电流采样，避免了逆变器死区对参数辨识的影响，进而同时解决了FCS-MPFC中参数鲁棒性和死区补偿的问题，提升了磁链预测控制的准确性和鲁棒性。

论文方法及创新点

首先探究参数偏差对控制造成的影响，经过数学建模进行分析，可得参数偏差时MTPA给定磁链计算误差与参数偏差时传统预测模型的磁链预测误差。参数的偏差会对d、q轴的定子磁链给定值和预测值计算造成误差，影响控制性能，其中q 轴电感和永磁磁链的影响较大，d轴电感的影响较小，并且随着参数偏差的增大，控制误差会随之增加，较大的误差甚至会导致系统失稳。

在误差分析的基础上，为避免多参数辨识欠秩问题，选用不同策略对d、q轴电感和永磁磁链进行辨识。首先通过构建广义比例积分观测器对由逆变器死区、控制器延迟、采样误差以及电机参数偏差等引起的系统扰动进行观测，并根据扰动观测值构建辨识方程对q轴电感和永磁磁链进行辨识。

然后利用一个控制周期内d轴定子电流的变化量，通过电机数学模型构建d轴定子电流差分方程，对d轴电感进行辨识。考虑电流谐波噪声以及电流采样精度对辨识精度的影响，对辨识结果进一步滤波，并对电流差分值的使用设定边界条件，只有当电流差分值大于边界条件时才使用辨识方程对d轴电感进行迭代运算。

基于任何方法辨识参数，一个重要原则是除辨识参数以外的模型应尽可能精确。在d、q轴电感和永磁磁链辨识过程中均要用到定子电压值，而定子电压值的估计通常根据逆变器桥臂的开关状态计算得到，逆变器死区的存在会影响定子电压的估计，使其偏离真实值，影响辨识精度。

因此，本文采取在一个控制周期内进行两次采样，在得到相应电流增量的同时，又可以通过优化设置两次采样时刻来避免死区的影响。

整体参数辨识流程如下所示：

图1 多参数辨识流程图

最后，研究人员通过搭建PMSM实验平台来验证所提FCS-MPFC控制策略的有效性。

图2 实验平台

结论

通过一系列的实验可以得出，本文所提方案可以有效地辨识出不同工况下的d、q轴电感和永磁磁链，消除逆变器死区对参数辨识和预测控制的影响。相比于传统FCS- MPFC，本文所提方案可以消除由参数偏差引起的电磁转矩控制误差。

团队介绍

研究人员隶属于合肥工业大学电气与自动化工程学院张兴教授科研团队（电力电子与系统研究所）。研究所多年来依托合肥工业大学“电力电子与电力传动”国家级重点学科、可再生能源接入电网技术国家地方联合工程实验室以及教育部“光伏系统工程研究中心”，一直致力于新能源发电及其电力电子技术的研究与教学工作。并长期专注于同我国新能源发电逆变器龙头企业——阳光电源股份有限公司的产学研合作，实现了光伏并网逆变器、MW级风电变流器、微电网及储能变流器的产业化，取得了良好的社会经济效益。经过多年发展，电力电子与系统研究所已形成一支由6位教授，4位副教授，2位讲师及100余名硕士和博士组成的优秀科研队伍。

杨淑英，教授、博士生导师。近年来，主持课题主要有国家自然科学基金青年基金项目、国家自然科学基金面上项目、教育部博士点基金项目、安徽省自然科学基金项目、以及企业委托项目多项，作为主要完成人参与完成了国家“十一五”科技支撑计划项目和“十二五”科技支撑计划项目。以第一完成人发表SCI/EI 收录学术论文30余篇，获授权发明专利20余项，获安徽省科技进步二等奖1 项。主要研究方向为风力发电系统、新能源汽车电驱动系统、交流电机高性能控制算法。

引用本文

王祥松, 杨淑英, 谢震, 张兴. 基于多参数辨识的永磁同步电机磁链预测控制[J]. 电工技术学报, 2024, 39(22): 7084-7098. Wang Xiangsong, Yang Shuying, Xie Zhen, Zhang Xing. Multi-Parameter Identification Based Flux Predictive Control for Permanent Magnet Synchronous Motor. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(22): 7084-7098.

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来源：小萱科技每日一讲