永磁同步电机模型预测电流控制（MPCC）

永磁同步电机模型预测电流控制（MPCC）

模型预测电流控制（MPCC）是永磁同步电机控制领域的重要技术之一。本文将详细介绍MPCC的基本原理、实现过程以及仿真分析，帮助读者全面了解这一先进的电机控制方法。

图1 永磁同步电机模型预测电流控制系统的结构框图

一、对MPC进行简单介绍

模型预测控制（MPC）又称为滚动时域控制（RHC），产生于20世纪70年代末，是一种从工业过程控制中产生的新型控制算法，实用性较强，并在实际应用中得到不断的发展和完善，广泛应用于电力、汽车、化工、航天、能源等领域。

一般工业过程中存在多变量耦合、非线性以及不确定性等问题，很难建立准确的模型。因此，采用经典PID控制器或者是一些传统的控制算法所得到的效果并不理想，存在一定的局限性。MPC最突出的特点是“边走边优化”，且对模型的精确性要求较低，因此能够有效地用于复杂对象的控制。

模型预测控制应用于电气传动系统中时，可分为连续控制集模型预测控制（CCS-MPC）和有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）。两者的主要区别：（1）优化方式不同。CCS-MPC利用数学工具对价值函数求最优解得到最优控制量；而FCS-MPC利用变换器的离散性和有限性，遍历电压矢量，价值函数最小的电压矢量即最优控制量。（2）作用方式不同。CCS-MPC中控制量是通过脉冲宽度调制（PWM）方式作用于系统；而FCS-MPC中控制量直接作用于系统。与CCS-MPC相比，FCS-MPC将目标优化和开关状态决策过程优化成一步，且具有概念简单、适用范围广、约束和非线性易纳入价值函数等优点，因此成为了近年来的研究热点之一。

二、MPC常见的几种控制

MPC根据代价函数中的控制变量不同，分为模型预测转矩控制MPTC、模型预测电流控制MPCC和模型预测磁链控制MPFC等。

三、MPCC实现的过程

四、MPCC仿真系统的搭建和仿真波形分析

图2 永磁同步电机模型预测电流控制系统仿真

（a）MPCC

（b）FOC

图3 永磁同步电机模型预测电流控制系统整体仿真波形变化情况

从图3可以看出，MPCC控制下的转速跟随效果优于FOC控制，超调小且突加载、突减速时的性能更好。转矩脉动和电流谐波也相对较小。

（a）FOC

（b）MPCC

图4 励磁电流isd波形变化情况

（a）FOC

（b）MPCC

图5 励磁电流isq波形变化情况

从图（4）和（5）可以明显地看出，MPCC控制策略下轴电流的动态和稳态性能都优于FOC控制策略下的轴电流。

来源：浅谈电机控制