預(yù)測(cè)電流控制（PCC）是一種先進(jìn)的永磁同步電機(jī)（PMSM）控制策略。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不受干擾時(shí)，預(yù)測(cè)性電流控制表現(xiàn)出良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)性能，但傳統(tǒng)的PCC控制性能依賴于電機(jī)本體模型，容易受到參數(shù)擾動(dòng)的影響。針對(duì)這一問題，本文提出了一種基于高增益擾動(dòng)觀測(cè)器（HGDO）的改進(jìn)型無模型預(yù)測(cè)電流控制（IMFPCC）策略。本文提出的該策略采用了無模型控制的理念，僅依靠系統(tǒng)的輸入和構(gòu)建一個(gè)超局部電流預(yù)測(cè)模型，從而擺脫了電機(jī)本體參數(shù)的約束。在本文中，通過比較和分析經(jīng)典超局部結(jié)構(gòu)和PMSM系統(tǒng)的狀態(tài)方程來優(yōu)化超局部結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的電流狀態(tài)變量被納入超局部系統(tǒng)建模中，因此，經(jīng)典超局域結(jié)構(gòu)中存在的電流估計(jì)誤差被消除了。對(duì)于未建模的和參數(shù)擾動(dòng)部分，設(shè)計(jì)了一個(gè)高增益擾動(dòng)觀測(cè)器來實(shí)時(shí)估計(jì)它。最后，所提出的IMFPCC策略與傳統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)電流控制（MPCC）以及傳統(tǒng)的無模型的預(yù)測(cè)電流控制（CMFPCC）進(jìn)行了對(duì)比仿真和實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在參數(shù)變化的情況下，IMFPCC策略的穩(wěn)態(tài)誤差只有MPCC的50%。證明了所提策略的有效性和正確性。 

PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制框圖顯示在圖1中。一個(gè)PI控制器用于外部速度環(huán)，IMFPCC控制器用于內(nèi)部電流環(huán)。仿真中的采樣頻率被設(shè)定為10kHz。

圖3.三種控制策略在不匹配的電機(jī)參數(shù)下的相電流傅里葉分析：
（a）MPCC；（b）CMFPCC；（c）IMFPCC。

圖2顯示了當(dāng)控制器中的電機(jī)參數(shù)從0.5*（Ld, Lq, Rs）到2.0*（Ld, Lq, Rs）變化時(shí)，三種控制策略的穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。電機(jī)的工作狀態(tài)被設(shè)定為600rpm，負(fù)載為5N?m。

從圖2(a)可以看出，傳統(tǒng)MPCC的dq軸電流偏離了給定值，當(dāng)電機(jī)參數(shù)連續(xù)變化時(shí)，穩(wěn)態(tài)誤差增加。當(dāng)電機(jī)參數(shù)大于控制器參數(shù)時(shí)，dq軸穩(wěn)態(tài)電流不能正確跟隨參考值，導(dǎo)致電流的低頻諧波大大增加。當(dāng)電機(jī)參數(shù)小于控制器參數(shù)時(shí)，MPCC的電流穩(wěn)態(tài)誤差隨著d軸電流紋波的增加而顯著增加，這是因?yàn)榛谀Ｐ偷念A(yù)測(cè)電流由于電機(jī)參數(shù)的不匹配而不準(zhǔn)確，這使得控制器無法為下一個(gè)周期選擇最佳開關(guān)狀態(tài)。相比之下，所提出的IMFPCC的穩(wěn)態(tài)d軸電流紋波為0.9A，僅為傳統(tǒng)MPCC方法的50%。圖3顯示了三種方法在電機(jī)參數(shù)變化時(shí)的THD值，可以清楚地看到，IMFPCC的三相電流總諧波失真率最小，這證明了所提策略的優(yōu)越性。綜上所述，結(jié)果表明，當(dāng)電機(jī)參數(shù)不匹配時(shí)，CMFPCC和IMFPCC都能保證穩(wěn)定的電機(jī)控制性能，但所提策略的穩(wěn)態(tài)誤差明顯優(yōu)于CMFPCC。這證明了本文提出的改進(jìn)的超局部模型的有效性。

為了驗(yàn)證所提出的策略的動(dòng)態(tài)性能和HGDO在電機(jī)的極端工作條件下的穩(wěn)定性。進(jìn)行了負(fù)載加減、短暫過載和短暫超速的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，電機(jī)最初以600rpm的速度運(yùn)行，負(fù)載為5N?m，然后負(fù)載增加到11.5N?m（1.2*TN），短暫過載后，電機(jī)負(fù)載再次降低到5N?m，一段時(shí)間后速度指令從600rpm增加到1200rpm（1.2*nN）。圖10中給出了三種控制策略的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)波形。

圖3. 動(dòng)態(tài)工作條件下dq軸電流、相電流和dq軸總干擾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
（a）MPCC；（b）CMFPCC；（c）IMFPCC。

如圖3所示，在相同的負(fù)載變化下，三種方法的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度是相似的。從dq軸電流比較可以看出，MPCC和CMFPCC方法在加速過程中產(chǎn)生一定的電流波動(dòng)。相比之下，所提出的IMFPCC的動(dòng)態(tài)過程是平穩(wěn)的，使電機(jī)能夠保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。圖3(b)和圖10(c)中的擾動(dòng)觀察圖表明，CMFPCC和IMFPCC都能估計(jì)出加載過程中的外部負(fù)載干擾。但很明顯，本文設(shè)計(jì)的HGDO在干擾估計(jì)方面具有更高的精度。綜上所述，所提出的IMFPCC策略在加載和升速條件下表現(xiàn)出優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能。

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