由于功率密度高、效率高等特性，永磁同步電機（Permanent Magnetic Synchronous Motor, PMSM）在工業領域得到了廣泛的應用。電流環作為永磁同步電機控制的最內環，其響應速度是控制系統動態性能的關鍵。

永磁同步電機電流環傳統的控制方法為PI調節器控制，PI調節器結構簡單，且魯棒性較好。通過增大PI調節器的增益可以提高系統響應速度，但過大的增益會造成超調，嚴重時會影響系統穩定性，實際控制中需要同時兼顧控制系統的動態性能和穩態性能，在高性能應用場合會受到限制。相較于PI調節器控制，預測控制在保證系統穩態性能的條件下，能夠獲得更好的動態性能，在電機控制領域有很好的應用潛力。

中國科學院電工研究所、中國科學院大學的章回炫、范濤、邊元均、溫旭輝、孫鴻雁，在2022年第17期《電工技術學報》上撰文指出，高性能永磁同步電機控制系統對電流環的動態性能要求很高，傳統的PI控制帶寬有限，且易出現超調等現象，基于電流預測的無差拍控制具有較好的動態響應。為此，他們提出了一種在同步旋轉軸系下改進時序的電流預測無差拍控制算法，在傳統無差拍電流預測控制方案的基礎上，優化控制時序，進一步提高系統響應速度。

圖1 改進時序的無差拍電流預測控制結構

研究人員通過對傳統電流預測無差拍控制的時序分析，電流控制器對電流指令進行分段采樣，基于永磁同步電機交直軸電壓方程模型得到電壓指令的補償值，消除了原有電流指令滯后一拍的計算延時。相對于傳統無差拍電流預測控制算法，該方案的電流響應速度更快。

圖2 對拖實驗平臺

功率器件非理想因素和控制延時帶來的狀態量偏差會不可避免地造成電流跟隨的靜態偏差，對此，他們引入電壓重構算法，實現電流的無靜差跟隨，從而解決了參考電壓不準引起的電流預測偏差問題，減小了永磁同步電機的電流諧波以及狀態量誤差對電流跟蹤精度的影響。

研究人員指出，仿真和實驗結果表明，與傳統無差拍電流預測控制相比，改進后的電流預測控制算法有效地提高了電流環的動態性能和穩態精度。

本文編自2022年第17期《電工技術學報》，論文標題為“永磁同步電機高性能電流預測控制”。本課題得到國家重點研發計劃資助項目的支持。