永磁同步牵引电机全速域双模式模型预测控制策略

作     者：孙振耀 徐帅 任冠州 马光同 池茂儒 SUN Zhenyao;XU Shuai;REN Guanzhou;MA Guangtong;CHI Maoru

作者机构：轨道交通运载系统全国重点实验室(西南交通大学)四川省成都市610031 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (PROCEEDINGS OF THE CHINESE SOCIETY FOR ELECTRICAL ENGINEERING)

年 卷 期：2025年第45卷第2期

页      面：748-757,I0029页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2023YFB4301500) 国家自然科学基金项目(52107059,U21A20168) 

主　　题：轨道车辆 模型预测控制 永磁同步电机 方波 弱磁控制 多步长预测 

摘      要：有限集模型预测控制因具有多目标多约束的控制特性以及较好的动态控制性能,在中压大功率牵引传动领域得到较多关注。轨道车辆牵引电机调速范围较广,在高速弱磁域要求达到最大直流母线电压利用率。但是,传统有限集模型预测控制过调制能力有限,进入过调制后电流跟踪性能下降,无法最大化变流器直流母线侧电压利用率,实现方波运行。针对此问题,提出一种双模式模型预测控制方法,在线性速度范围内采用传统单步长预测控制,在高速弱磁域内采用一种改进多步长模型预测控制方法,实现牵引电机全速域工况运行。首先,建立永磁同步电机线性速度域内的预测电流模型和目标函数;其次,分析电机在方波工况下的交直流电流轨迹特征,引入多步长预测以计算电流轨迹平均值,建立基于电流平均值的目标函数,从而确定最优的换流时刻;再次,提出双滞环结构控制模式切换方法,实现线性控制模式和方波控制模式的平滑切换;建立前馈弱磁控制计算模型,实现高速弱磁区域的参考电流给定;最后,通过稳态和暂态实验结果验证所提出控制算法的有效性。