一种改进型懒汉预测电流控制方法：在IPMSM电机电压裕度不足的情况下提升动态性能

《IEEE Transactions on Transportation Electrification》：A Modified Deadbeat Predictive Current Control With Improved Dynamic Performance Under Insufficient Voltage Margin for IPMSM

IPMSM动态性能优化研究提出改进的Deadbeat预测电流控制策略，通过精确离散模型考虑逆变器零阶保持效应，结合增量化解耦消除转子磁链需求，并设计电压矢量在αβ坐标系六边形边界内保持静态，缩短响应时间。采用简化三阶迭代算法降低计算负担，实验验证迭代次数选择合理且有效提升动态性能。

　　

摘要：

欠载预测电流控制（DPCC）以其出色的动态性能而闻名，这种性能的实现需要足够的电压裕度来达到理论上的跟踪延迟。然而，在电压裕度不足的情况下（例如在高速度和重负载条件下），仍有潜力改进其动态性能。为了解决这个问题，本文提出了一种基于精确离散化模型的改进型DPCC，该模型适用于内嵌式永磁同步电机（IPMSM）。该模型考虑了逆变器输出电压的零阶滞留效应，从而在长步预测中提高了精度，但代价是增加了计算开销。此外，电机模型进行了增量化处理，以消除对转子磁链的需求。所提出的方法在电压裕度不足的情况下扩展了预测范围，以覆盖整个动态过程。定子电压矢量被设计为位于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的六边形边界上，并在整个动态过程中保持参考框架中的静止状态，从而通过准最优控制缩短了响应时间。进一步地，引入了一种简化的迭代方法来降低电压计算的计算成本，迭代次数设置为三次，以平衡控制性能和计算负担。最后，实验结果验证了迭代次数选择的合理性，并证明了所提出方法在提高电流和扭矩动态性能方面的有效性，相比传统的最小相位误差电压限制策略有所改进。尽管引入了简化的迭代方法，但总体计算负担仍然限制了该方法仅适用于具有高性能要求和充足计算资源的系统。

引言

内嵌式永磁同步电机（IPMSM）由于其卓越的扭矩密度、功率密度和效率，在动力总成系统中得到广泛应用，如电动汽车（EVs）、船舶推进系统和飞机[1]、[2]、[3]、[4]。特别是在关键应用中，例如电气飞机中的电静水执行器（EHAs）[5]、[6]、[7]，对动态响应的要求非常高。为了提高这些应用中的加速度和整体性能，增强电流环的动态性能至关重要，因为电流环是整个控制结构的内环。此外，这些应用中常见的条件（如高速度运行和重负载）通常会导致电压裕度不足，从而降低动态性能，这也需要在改进过程中加以解决。