近年来，随着电力推进技术的不断发展，永磁同步电机（PMSM）驱动控制技术也不断革新。在PMSM的驱动控制策略中，模型预测控制是一种具有高动态性能和可实现多目标优化的控制方法。

模型预测控制（MPC）根据求解原理主要可分为两类，一类为连续集模型预测控制，该类策略又可分为广义预测控制策略和显式模型预测控制两种。但该类方法无论是采用离线计算还是在线计算，对控制器的计算性能都要求较高，这一特点制约了这一方法的推广。另外一类为有限约束集模型预测控制（FCS-MPC），有学者将其应用到了电机驱动系统中。

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该策略将逆变器的所有开关状态组成电压矢量备选集，根据代价函数采用遍历法对所有的电压矢量进行评估，选取出使代价函数最小的最优电压矢量作用于电机。在常见的两电平电压源型逆变器供电的PMSM驱动控制系统中，有限约束集模型预测控制的备选矢量仅有6个幅值及相位均固定的电压矢量。因此，在此控制策略下的电机易存在较大的电流谐波和转矩脉动。

为了解决这一问题，国内外学者提出了多种改进方法：

1）扩展矢量集合法。该方法通过扩展备选矢量的个数来减小预测误差，使选择的最优矢量更加贴近目标矢量，但是该类方法主要是在静止坐标系下进行扩展，每个矢量解的求解，都需要进行坐标变化，增加了计算量。

2）代价函数优化。在有限约束集模型预测控制的代价函数中，权重系数设计是用来平衡多个参考值和预测值的关键因素，选取合理的权重系数会提高电机的运行性能，反之会使系统的控制性能变差。为此，许多学者提出改进代价函数法。但是该类方法无法彻底地解决矢量集有限所造成的电流谐波和转矩波动，同时在线整定权重系数的方法也会明显增加计算量，不利于应用。

3）占空比控制法。占空比有限约束集模型预测控制通过控制输出矢量的作用时长来减小预测误差，从而能够达到降低电流谐波的目的。占空比模型预测控制（DMPC）的本质是有效空间电压矢量和零矢量相结合，输出的这种矢量组合并非最优组合，对系统稳态控制精度提升效果有限。该类方法不仅需要选取两个最优矢量，还需要计算这两个矢量的作用时长，计算量也比较大，且占空比的计算依赖固定的电流模型，不利于实现模型预测控制的多目标优化控制。

为了解决传统有限约束集模型预测控制的可选矢量少、计算量大的问题，大连海事大学轮机工程学院的张珍睿、刘彦呈、陈九霖、郭昊昊、李冠桦，在2022年第23期《电工技术学报》上撰文，在模型预测电流控制的基础上，提出一种基于电压幅值的幅值控制集模型预测控制方法。该方法在控制解的选取过程中避免了三角函数的使用，同时能够剔除无效的电压矢量，降低控制器的计算压力，提高控制芯片的运行效率，并使预测误差显著降低，从而提高了电机的稳态性能。

研究人员首先对电机的负载状态进行分析，设计了相应的电压幅值控制集合，缩小了电压矢量的择优范围，减小了最优矢量的幅值误差；其次，根据电流参考值和预测模型选择出最优电压幅值，在控制解的求解过程中避免了三角函数的运算，减轻了控制器的计算负担；然后，基于当前转子位置将最优幅值合成逆变器电压矢量作用于电机，减小了最优电压矢量的角度误差。

他们进行的硬件实验表明，该方法能够有效地降低最优矢量的相位误差和幅值误差，从而减小电机的电流谐波和转矩脉动。同时，有限的择优范围和幅值控制集的设计，使得该方法有效地降低了算法的计算复杂度。

本文编自2022年第23期《电工技术学报》，论文标题为“永磁同步电机幅值控制集模型预测控制策略”。本课题得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、辽宁省重点研发计划、辽宁省自然科学基金指导计划和大连海事大学优秀博士学位论文培育项目的支持。