模型失配永磁同步电机模型预测控制研究
永磁同步电机及其控制策略
永磁同步电机及其控制策略永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种采用永磁体作为励磁源的同步电机。
与传统的感应电机相比，PMSM具有高效率、高功率密度、高转矩性能、快速响应等优点，因此在各个领域都有广泛的应用。
PMSM的控制策略主要包括直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）、矢量控制和基于模型的预测控制等。
其中，DTC是一种基于磁链和电流控制的直接控制策略，能够实现对转矩和磁链的直接控制，具有响应快、动态性能好等优点。
矢量控制是一种基于dq轴变换的控制策略，能够实现对转矩和磁链的独立控制，具有良好的静态和动态性能。
基于模型的预测控制是一种基于模型预测理论的控制策略，通过对电机状态和参数的预测来实现最优的控制效果，具有高精度、高动态性能等优点。
在PMSM的控制中，需要对其运行状态进行测量和估计。
常用的测量方法包括霍尔传感器、编码器等，通过测量转子位置和速度来实现对转矩和磁链的控制。
除了测量外，还可以通过模型预测方法对转子位置和速度进行估计，从而实现无传感器控制。
永磁同步电机的控制策略研究中，还涉及到了电流控制和转子位置估计等技术。
电流控制是指对电机的电流进行控制，常用的方法有hysteresis control、sliding mode control等。
转子位置估计是指通过一些辅助手段如电流、电压等，对转子位置进行估计，从而实现对电机的控制。
在实际应用中，PMSM的控制策略需要根据具体的应用场景进行选择和调整。
例如，在电动车和风力发电等需要大转矩起动的应用中，可以采用DTC策略；在电梯和工业机械等速度要求高的应用中，可以采用矢量控制策略；在无传感器控制及高动态性能要求的应用中，可以采用基于模型的预测控制策略。
综上所述，永磁同步电机及其控制策略是以永磁体作为励磁源的同步电机，具有高效率、高功率密度、高转矩性能、快速响应等优点。
永磁同步电机改进无差拍电流预测控制
永磁同步电机改进无差拍电流预测控制王宏佳;徐殿国;杨明【摘要】In permanent magnet synchronous motor（PMSM） digital control system,the predictive current control algorithm has fast dynamic response and constant switching frequency and is suitable for digital implementation.The deadbeat predictive control algorithm based on Lagrange interpolation formula,is sensitive to motor inductance mismatch.So a constraint relaxing deadbeat predictive control algorithm is proposed.The current offset constraint and output voltage prediction method are modified.The relationship between algorithm stability and motor inductance mismatch is analyzed using root locus method.In case if the inductance mismatch occurs,the system remains stable.The actual motor current could follow the reference current and the closed-loop control is achieved.The robustness of the algorithm is improved.Simulation and experimental results are presented to verify the feasibility and effectiveness of the proposed algorithm.%永磁同步电机数字控制系统的电流预测控制,具有动态响应快、开关频率恒定、适于数字实现等特点。
优化EKF算法的永磁同步电机参数估算
关键词：永磁同步电机；无差拍电流控制；扩展卡尔曼滤波；电流静差
中图分类号：TM341
文献标识码：A
DOI：
10.19457/j.1001-2095.dqcd19179
Parameter Estimation of PMSM Based on Optimized EKF Algorithm
the output voltage of the deadbeat
current predictve controller model，feedback current of the magnet synchronous motor and the motor
electrical angular velocity were used as the input of the optimized EKF algorithm. Then，
来消除恒定项，从而降低系统对模型参数准确性
的依赖；上述文献均是通过相应的算法增加系统
对模型参数的容许误差来提高系统的稳定性能，
没有进一步研究参数误差对电流静差的影响、提
出消除电流静差的方法。
文献［10］分析了控制器电机模型电感和磁链
误差会引起电流静差，通过在 d 轴电压分量上加
基金项目：国家自然科学基金项目（16051575097）；
电气传动 2019 年 第 49 卷 第 12 期
入积分补偿，再根据 q 轴电流的响应，动态调整控
制器电机模型磁链参数来消除电流静差；文献
［11］分析了预测控制模型参数误差对电流控制
ELECTRIC DRIVE 2019 Vol.49 No.12
电气传动 2019 年 第 49 卷 第 12 期
模型预测控制
，得最优控制率：
根据滚动优化原理，只实施目前控制量u2(k)：
式中：
多步优化MAC旳特点: 优点: (i)控制效果和鲁棒性优于单步MAC算法简朴;
(ii)合用于有时滞或非最小相位对象。 缺陷: (i)算法较单步MAC复杂;
(ii)因为以u作为控制量, 造成MAC算法不可防止地出现稳态误差.
第5章 模型预测控制
5.3.1.2 反馈校正 为了在模型失配时有效地消除静差，能够在模型预测值ym旳基础上 附加一误差项e，即构成反馈校正（闭环预测）。
详细做法：将第k时刻旳实际对象旳输出测量值与预测模型输出之间 旳误差附加到模型旳预测输出ym(k+i)上，得到闭环预测模型，用 yp(k+i)表达：
第5章 模型预测控制
5.1 引言
一 什么是模型预测控制(MPC)？
模型预测控制（Model Predictive Control）是一种基于模型旳闭环 优化控制策略，已在炼油、化工、冶金和电力等复杂工业过程中得到 了广泛旳应用。
其算法关键是:可预测过程将来行为旳动态模型，在线反复优化计
算并滚动实施旳控制作用和模型误差旳反馈校正。
2. 动态矩阵控制（DMC）旳产生：
动态矩阵控制(DMC, Dynamic Matrix Control)于1974年应用在美国壳牌石 油企业旳生产装置上，并于1980年由Culter等在美国化工年会上公开刊登，
3. 广义预测控制（GPC）旳产生：
1987年，Clarke等人在保持最小方差自校正控制旳在线辨识、输出预测、 最小方差控制旳基础上，吸收了DMC和MAC中旳滚动优化策略，基于参数 模型提出了兼具自适应控制和预测控制性能旳广义预测控制算法。
《2024年永磁同步电机伺服控制系统的研究》范文
《永磁同步电机伺服控制系统的研究》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高精度和高动态性能等特点，在伺服控制系统中得到了广泛应用。
永磁同步电机伺服控制系统作为实现自动化生产、智能化控制和精准位置定位的重要设备，其研究具有重大的现实意义和工程应用价值。
本文将围绕永磁同步电机伺服控制系统的相关内容展开深入的研究和探讨。
二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种基于永磁体产生磁场和电磁感应原理的电机。
其基本原理是利用永磁体产生的磁场与定子电流产生的磁场相互作用，实现电机的旋转。
PMSM具有高效率、高功率密度、低噪音等优点，在伺服控制系统中得到了广泛应用。
三、伺服控制系统的基本原理及组成伺服控制系统是一种基于反馈控制的自动控制系统，其基本原理是通过传感器实时检测被控对象的实际状态，与设定值进行比较，然后根据比较结果调整控制信号，使被控对象达到预期的稳定状态。
伺服控制系统主要由控制器、传感器、执行器等部分组成。
四、永磁同步电机伺服控制系统的研究现状目前，永磁同步电机伺服控制系统在国内外得到了广泛的研究和应用。
研究方向主要包括控制策略优化、系统稳定性分析、故障诊断与容错控制等方面。
其中，控制策略优化是提高系统性能的关键，包括矢量控制、直接转矩控制、滑模控制等。
此外，随着人工智能和机器学习等技术的发展，智能控制在永磁同步电机伺服控制系统中的应用也日益广泛。
五、永磁同步电机伺服控制系统的研究方法针对永磁同步电机伺服控制系统，常用的研究方法包括数学建模、仿真分析、实验研究等。
首先，通过建立系统的数学模型，可以更好地理解系统的运行原理和性能特点；其次，利用仿真软件对系统进行仿真分析，可以预测系统的动态性能和稳定性；最后，通过实验研究验证理论分析的正确性，并进一步优化系统性能。
六、永磁同步电机伺服控制系统的优化策略针对永磁同步电机伺服控制系统的优化策略主要包括以下几个方面：1. 控制策略优化：通过改进控制算法，提高系统的动态性能和稳定性。
《2024年永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计》范文
《永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计》篇一摘要：随着现代工业的快速发展，永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高精度和良好的调速性能，在工业自动化、新能源汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。
本文针对永磁同步电机矢量控制系统展开研究与设计，通过深入分析其控制策略与系统结构，提高电机控制的准确性与稳定性。
一、引言永磁同步电机（PMSM）是一种依靠永磁体产生磁场的同步电机，具有结构简单、运行效率高等优点。
而矢量控制技术作为一种先进的控制方法，可以实现对永磁同步电机的精确控制。
本文旨在研究与设计一种高性能的永磁同步电机矢量控制系统，以提高电机的运行性能和效率。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机的基本原理是利用永磁体产生的磁场与定子电流产生的磁场相互作用，实现电机的转动。
其运行性能与电机的参数、控制策略等密切相关。
因此，了解电机的运行原理和特性，是进行矢量控制系统设计的基础。
三、矢量控制技术分析矢量控制技术是一种先进的电机控制方法，通过精确控制电机的电流分量，实现对电机转矩和转速的精确控制。
本文将深入分析矢量控制技术的原理、方法及优点，为后续的系统设计提供理论依据。
四、系统结构设计系统结构设计是永磁同步电机矢量控制系统的关键部分。
本文将设计一种以数字信号处理器（DSP）为核心的控制系统，包括电源模块、电流检测模块、速度检测模块、控制器模块等。
通过合理的系统结构设计，实现电机的高效、稳定运行。
五、控制策略研究在控制策略方面，本文将采用基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的矢量控制方法。
通过对电机的电流分量进行精确控制，实现对电机转矩和转速的精确控制。
同时，将引入现代控制理论，如模糊控制、神经网络控制等，进一步提高系统的控制性能和鲁棒性。
六、仿真与实验分析为了验证所设计系统的可行性和有效性，本文将进行仿真与实验分析。
通过建立电机的仿真模型，对所设计的矢量控制系统进行仿真测试。
同时，将在实际电机上进行实验测试，分析系统的运行性能和控制效果。
永磁同步电动机矢量控制模型的设计与仿真
永磁同步电动机矢量控制模型的设计与仿真交流调速理论包括矢量控制和直接转矩控制。
1971年，由F．Blaschke 提出的矢量控制理论第一次使交流电机控制理论获得了质的飞跃。
矢量控制采用了矢量变换的方法，通过把交流电机的磁通与转矩的控制解耦使交流电机的控制类似于直流电动机。
矢量控制方法在实现过程中需要复杂的坐标变换，而且对电机的参数依赖性较大。
直接转矩控制是1985年Depenbrock教授在研究异步电机控制方法时提出的。
该方法是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转矩进行直接控制，对转矩进行砰一砰控制，无需解耦，省掉了矢量旋转变换计算。
控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响，但不可避免地产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。
而且由于它对实时性要求高、计算量大，对控制系统微处理器的性能要求也较高。
矢量控制的基本思想是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。
这样交流电动机的转矩控制，从原理和特性上就和直流电动机相似了。
控制策略的选择上是PID控制，传统的数字PID控制是一种技术成熟、应用最为广泛的控制算法，其结构简单，调节方便。
1 永磁同步电机的数学模型1.1 永磁同步电机系统的结构永磁同步电机的基本组成：定子绕组、转子、机体。
定子绕组通过三相交流电，产生与电源频率同步的旋转磁场。
转子是用永磁材料做成的永磁体，它在定子绕组产生的旋转磁场的作用下，开始旋转。
1.2 坐标变换坐标变换，从数学角度看，就是将方程中原来的一组变量，用一组新的变量来代替。
线性变换是指这种新旧变量之间存在线性关系。
电动机中用到的坐标变换都是线性变换。
在永磁同步电机中存在两种坐标系，一种是固定在定子上的它相对我们是静止的，即：α,β 坐标系，它的方向和定子三相绕组的位置相对固定，它的方向定位于定子绕组 A 相的产生磁势的方向，另一种是固定在转子上的旋转坐标系，我们通常称之为 d,q 坐标，其中 d 轴跟单磁极的 N 极方向相同，即和磁力线的方向相同，q 轴超前 d 轴 90 度下图所示。
基于ADRC 的永磁同步电机模型预测转矩控制系统
1引言永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM ）具有重量轻、损耗小和功率因数（power factor ，PF ）高、运行可靠等优点，已经在数控机床、电动汽车以及压缩机等领域得到普遍的应用。
矩阵变换器（matrix converter ，MC ）具有体积小、结构简单、PF 可调以及谐波污染小等特点，因而在电动机驱动、移动电源和发电系统等领域广泛应用。
基于PMSM 控制系统研究现状，结合市级、院级科研项目，本文针对PMSM 系统，考虑到系统需要较强的抗干扰能力，PF 接近1，电流输入输出波形与正弦函数一致，稳定快速的转矩动态响应以及更好地跟踪给定转速变化能力等要求，设计了基于ADRC 的PMSM 的MPTC 控制策略。
2MC 驱动PMSM 系统数学模型2.1永磁同步电机的动态模型本文在同步旋转d -q 坐标系下，建立了永磁同步电机数学模型（理想条件为：磁路不饱和、磁场空间按正弦曲线分布，忽略磁滞和涡流影响）。
则PMSM 在d -q 坐标系下的数学模型如式（1）所示。
di d dt =1L d（u d -R s i d +pL d ωr i q）di q dt =1L q[u q -R s i q -pωr （L d i d +ψf ）]⎧⎩⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐（1）式中，u d 、u q 、i d 、i q 、L d 、L q 分别为定子电压、电流、电感在d -q 坐标系的分量，R s 为定子电阻，ψf 为永磁体磁链，p 为磁极对数，ωr 为转子角速度。
PMSM 机械转动方程为：dωr dt =T e -T 1-T f -B m ωr J（2）式中，J 为转动惯量，T 1为负载转矩，T f 为库伦摩擦系数，B m 为阻力摩擦系数，T e 为电磁转矩，在d -q 两相旋转坐标系下可以表达为式（3）所示。
【基金项目】陕西铁路工程职业技术学院校级自然科学基金资助项目（KY2018-69）；陕西省渭南市市级科技项目（ZDYF-JCYJ-138）。
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第53卷第
10期
2019年10月
电力电子技术Power Electronics
Vol.53, No. 10
October 2019
模型失配永磁同步电机模型预测控制研究郝剑奇，何凤有，陈俊磊
(中国矿业大学，电气与动力工程学院，江苏
徐州
221008)
摘要：在实际运行中，电机参数受到温升
、磁场饱和等因素的影响而发生改变，
会出现参数值与其实际值不匹
配的情况。这些参数不匹配将导致电流预测不准确并降低预测算法的性能。为提高永磁同步电机
(PMSM)的预
测精度，对预测电流控制(PCC)方法进行了扩展，在预测方程中加入了预测误差来进行误差纠正。该策略不仅
降低了电流纹波，还提高了系统对参数不确定性的鲁棒性。
仿真和实验结果验证了该方法的良好性能
。
关键词：永磁同步电机；预测电流控制；预测误差
中图分类号:TM351 文献标识码
：
A 文章编号
：
1000-100X(2019) 10-0031-03
Research on
Model Predictive
Control of Model Mismatch
Permanent Magnet Synchronous
Motor
HAO Jian-qi,
HE
Feng-you , CHEN
Jun-lei
(China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008
, China)
Abstract: In actual operation, the parameters of the
motor
are affected by temperature rise, magnetic field saturation
and other factors, and there will be a mismatch between the parameters and their actual
values.The mismatch of
these
parameters leads to inaccurate current prediction and reduces the performance of the prediction algorithm.In order to
improve the prediction accuracy of permanent magnet synchronous motor (
PMSM
),
the predictive current control
(PCC
)
method is extended, and the predictive error is added to the predictive equation to correct the error.This strategy not only reduces the current ripple, but also improves the robustness of the system to parameter uncertainties.The simula
tion and experimental results verify
the
good
performance of
this method.
Keywords : permanent magnet synchronous motor ； predictive current control ； prediction
error
Foundation Project:
Supported by National Key Research and Development Program(No.2016YFC0600906)
1引言
近年来，随着稀土材料和电力电子技术的发 展.PMSM以其转子结构简单、体积小、无励磁损
耗、力矩惯量比大、功率密度高等诸多优点，在钢 铁冶金、电力能源、船舶推进、
轨道交通等领域都
得到越来越广泛的应用⑴。
模型预测控制凭借其
良好的动态响应性能成为电机控制领域近年来研 究的热点之一，作为一类采用在线寻优的闭环控
制算法，能够显著提升电机的动态性能，在
PMSM
驱动领域得到了成功应用"7。
模型预测控制是一种十分依赖于参数的控制 算法。文献
［4］
使用比例积分(PI)
调节器对d
轴电
流进行控制，
并在
g轴电流控制中加入积分作用，
该方法可以在一定程度上消除参数误差的影响， 但存在积分饱和作用，失去了预测控制算法在动
基金项目：国家重点研发计划课题
(
2016YFC0600906)
定稿日期：2019-04-22
作者简介：
郝剑奇(1992-),男，河北张家口人
，硕士研究
生，
研究方向为电力传动
。
态过程中响应快的优势。文献［5］
将鲁棒控制理论
引入预测算法，在建立预测模型和求解预测算法
时均考虑了参数扰动的影响，以达到在最大扰动
情况下仍能满足电机运行要求。但鲁棒预测控制
原理只要求能够满足最基本的控制目标，并没有
消除参数不准确所带来的影响。文献［6］提出无模 型的预测控制算法，尽管这种控制算法不依赖系
统模型，但是这种方法的性能取决于提取电流的
精度，任何噪音或者测量偏差均可能造成系统的
不稳定。文献［7］在预测方程中加入了上一次采样 时预测值与实测值之间的加权误差，提高了对下
一次采样时所有切换状态的系统行为的预测。但 由于每个切换状态的预测误差可能不同于其他状 态，最后一个预测误差可能不适合添加到下一个 步骤的预测阶段。此处在传统两电平逆变器冋基础上提出新控 制器结构，以在PCC中提高预测精度。为提高预
测精度，使电机模型接近足够真实电机行为，在预
测阶段增加了各施加开关状态的预测误差。仿真和
实验结果表明了该方法的有效性。31电力电子技术Power Electronics第53卷第10
期
2019年10
月
Vol.53 , No.
10
October 2019
2 预测电流控制
PCC是一种非常精确高效的PMSM
控制方式。
因为PCC中存在调制环节，可以保证电机驱动的
高动态性能和低电流纹波。但同时PCC算法自身
依赖于系统模型，因此,PCC的性能受到模型参数 准确性的影响，尤其是定子电感和转子磁链的准 确性。
当控制器中电感和实际电机电感失配时，会
造成电流振荡。当控制器中磁链与实际电机中磁
链不匹配时，会造成电流指令与反馈间的静差
，甚
至电流振荡。
因此，
目前非常需要一种实用的高性
能的鲁棒电流预测控制算法。在保证电流预测控 制优点的基础上，提升算法对于转子磁链和定子
电感的参数鲁棒性。2.1 代价函数
成本函数表示用于决定哪种切换状态最适合 应用的评估标准。
该函数由定子轴上预测的
电流值与参考值之间的绝对误差组成，即：
Q=
I 订-订 I +1V/ I
（1）
式中：讨,讣分别为定子电流d,g轴分量的参考值；
E和
i,p
分别为定子电流d,q轴分量的预测值。
针对8种可行的切换状态计算代价函数，将
在下一个时间间隔内生成并选择应用最小值的状 态。
成本函数中的两项是一个变量的组成部分，
即
当前变量，
具有相同的性质
。
此外，每项是将一个
向量分解成两个分量。因此，无需加权因子及其相
应的调整过程。
实际上必和必的重要性相同，同时
考虑能使定子电流的总谐波畸变率（THD）
更低。
2.2 PMSM系统数学模型
PMSM在轴下的电压方程为：
AiJAt^-R^JL.+w^+uJL, （ £）
AiltIAt=-Mij-Rj,qILs+uqIL-（i）＜pJL3
式中：R,为定子电阻;心为电机电感；3为电角速度；％为
永磁体磁链；血，吗与id,i,分别为d,q轴的电压分量与 电流分量。为了预测下一个采样时刻t仏+
1）
的d,g
轴
定子电流的值，可以从连续时间模型中得到一组
离散的方程。
7；为很小的采样控制时间，
d,g轴定
子电流在t（k
+ l
）
时刻的预测值可以通过欧拉公
式近似得到，即：
认厶+1）=计仏）+口-7?血仏）+厶a仏儿懊）+
如/厶
* i,p（A+1） =i,p（k）+Ta[-Rsiqp（k）-Ljj）（A）i/（A：） +uq- （3）
3（k）＜p
詡L*
式中：®a）为在t仏）时刻所测量的电角速度值；刃（/£）,
讣&）为在时刻上一步的预测值，来代替测量电流，用 于计算延迟补偿。可以看出这些方程依赖于电机参数，即RS,LS 和卩吨但这些参数在操作过程中可能不会被精确 确定或由于电机温度升高或磁场饱和而改变。因 此，这些方程中使用的电机参数可能与实际值不 匹配。这些不确定性和模型的不确定性导致了基 于式（3）的在给定电压向量下系统行为预测的不 准确，恶化了预测算法的性能和稳定性。尽管不同 开关状态的预测是不同的，但是给定开关状态的 误差在短时间内几乎是恒定的。这意味着，对于每 一个驱动的切换状态，当前组件的预测值和实际 值之间的误差与上一次相同的切换状态相比不会 发生太大的变化。考虑到上述情况，此处在每个切 换状态下增加不同的预测误差：+ 1 ）=1/（^+1 ）+Kfiid （4）讣| mod仏+ 1 ）=讣仏+ 1 ） +K內式中:eg为沐上一开关状态下的预测值与测量值之 间的误差；笛为权重因数，在0~1之间。式（4）用于预测下一次采样时逆变器所有可 能的开关状态的匚和i/亍为。这些预测值将在成 本函数中进行检验，生成最小值的状态在下一次 开关状态中被选择并应用。值得注意的是，理论上 在参数正确的电机模型中，每一次切换开关状态 电流分量的预测值与实际值没有误差状态。因此， 可应用式（3）或式（4）预测下一时刻的电流值没有 区别，则电机的性能没有受到影响。但当电机参数 在运行过程中没有精确确定或变化时，式（3）对电 流的预测不精确，可能会降低预测算法的性能。所 以为了提高预测精度，在预测方程中加入了加权 预测误差。理论上如果参数准确，电流分量的给定值和 预测值是没有误差的，但在实际工作环境中，电机 参数测定即使很准确也都会有一定的误差，且由 于现在硬件处理器的运算速度、开关频率的限制， 电流的预测值和给定值或多或少会有一定误差。 所提方法提高了 PCC算法参数不确定的鲁棒性， 在实际应用中也会有较好的效果。图1给出了该方法的结构框图。可见，该方法 的实现与常规的PCC —样简单。唯一的变化是在 预测阶段使用式（4）而不是式（3）,为相同的切换 状态添加每个施加的切换状态的预测误差。这样， 对每一个施加电压矢量的电机响应的预测就会足 够接近电机的真实行为，从而帮助PCC算法对下 一个时间间隔做出更准确、更好的决策。从Kd=0 和K°=0开始，逐步增加心和心,这些权重因子可
以在0~1之间自由调整。通过反复实验，确定了该