一、異步電機模型預測轉矩控制MPTC

圖1-1?異步電機模型預測轉矩控制MPTC控制框圖

由圖（1-1） 可以看出，MPTC控制策略主要由有限控制集、預測模型、定子磁鏈觀測器和價值函數組成。

其中，有限控制集是包含所有的備選開關狀態的集合，兩電平逆變器的有限控制集包含8種開關狀態。

定子磁鏈觀測器利用三相電流、電壓的采樣值和電機模型計算出當前時刻的定子磁鏈矢量值和位置，進而預測下一時刻定子磁鏈和轉矩。

將預測值給到價值函數進行滾動優化尋優得到最優的電壓矢量，把對應的開關序列給到逆變器完成控制。

二、一拍延遲補償



圖（a）

如圖（a）所示：在理想的情況下（忽略采樣時間、計算時間），在k時刻與（k+1）時刻之間輸出最優的開關狀態Sopt，使得（k+1）時刻的實際輸出轉矩和磁鏈與給定值誤差最小，從而實現對電機的轉矩和磁鏈的跟蹤控制。

圖（b）

然而，相對于采樣周期而言，實際工程中的采樣和計算所消耗的時間往往不能忽略，如圖（b）所示。采樣和計算所消耗的時間使得根據k時刻的采樣值進行預測計算并輸出最優開關矢量Sopt時，并不能使（k+1）時刻的實際值與給定值之間的誤差最小，造成轉矩紋波偏大的問題。

顯而易見，這種“先計算后輸出”的方式不可避免地會造成實際的控制輸出時刻發生延遲。為了消除延遲，采用一拍延遲補償的方法（先輸出再計算）的方式，對被控變量進行兩步預測計算，如圖（c）所示。



圖（c）

兩步預測計算的基本控制過程為：（1）輸出在上一個采樣周期中所計算存儲的最優開關狀態Sopt；（2）k時刻采樣被控變量x（k）；（3）結合和x（k），利用預測模型計算出（k+1）時刻的被控變量預測值x（k+1）；（4）根據被控變量預測值x（k+1）以及預測模型，進一步計算出（k+2）時刻的被控量x（k+2）預測值；（5）然后將被控量x（k+2）的值代入到代價函數中進行滾動優化計算出使代價函數值最小的基本開關狀態Sopt，即最優開關狀態，存儲最優開關狀態等到下一個采樣周期開始時刻輸出。

三、仿真驗證



圖3-1?異步電機模型預測轉矩控制MPTC仿真系統



（a）無一拍延遲補償



（b）有一拍延遲補償



（c）系統整體仿真

圖3-2 仿真波形變化的情況

從圖（3-2）可以看出，加入一拍延遲補償后的轉矩紋波顯著減小，系統的穩態性能得到明顯改善。

審核編輯：劉清