异步电机无差拍电流预测控制

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导读：本期文章主要介绍异步电机无差拍电流预测矢量控制，与传统的异步电机PI调节的矢量控制作对比。

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图1 感应电机无差拍预测电流控制系统
一、传统PI调节器的控制原理



图2 PI控制框图
传统的异步电机矢量控制的参考电压获取是通过两个PI电流内环获取的，其数学表达式如式（1）所示。



从式（1）可知，PI调节器由比例项和积分项两个部分组成。比例调节是一种最简单的调节方式，控制器的输出与输入误差成正比关系，该调节方式可以对偏差能做出瞬间的调节，能有效地减轻系统的滞后特性，但会出现静差。积分调节中控制器的输出与输入误差的积分成正比关系，这样可以有效的消除系统的静差，但会使系统的响应速度下降，并且会增加系统的超调量。PI 调节综合了比例和积分调节的两种优点，既能够快速抵消干扰，也能够消除静差，因此在实际工程中应用十分广泛。

但传统的异步电机PI电流内环的矢量控制的缺点就是依赖PI电流内环的参数整定，电机参数存在偏差时，对系统的影响较大。所以未了改善FOC的控制性能，可以对PI电流内环进行改进。
二、电流预测控制器原理




三、仿真分析
电机仿真工况：转速600r/min，在0.4秒突加载（20N.m）。



图3 PI调节矢量控制系统仿真



图4无差拍电流预测矢量控制仿真系统

图4中加了一个s型速度规划，主要是为了平滑启动和减小速度突变给FOC控制系统带来的影响。



a PI调节的矢量控制



b 电流预测的矢量控制图5 稳态运行时突加载时的仿真对比从图5仿真结果对比可知，电流预测的矢量控制的id的稳态性能要接近传统的 PI调节的矢量制。相比较于传统的 PI调节的矢量制，电流预测的矢量控制的iq的动态响应更快。


a PI调节的矢量控制



b 电流预测的矢量控制图6 转矩电流Iq波形对比
通过图6仿真结果可以看出，转矩电流的跟踪特性明显改善，采用电流预测算法能明显的提升系统的动态性能，整个过程也能够避免不断试凑PI的繁琐过程，取得了预期的效果。

四、总结

本文首先介绍了PI控制器的原理，随后分析了其模型固有的不足，如参数整定繁琐、滞后特性较强等，最后针对PI控制器的缺点提出了电流预测控制器，分析了其数学模型并搭建了Simulink模型与PI进行对比，对比发现电流预测控制在动态性能以及滞后特性上均优于PI 控制器。

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分调节可以对静差进行消除，但积分调节的响应速度较慢，积分项过多时可能引发积分饱和现象。
下面将介绍一种异步电机无差拍电流预测控制策略，此策略可以提高电流控制的响应速度，减小超调量，增强系统的稳定性。与PI调节相比，无差拍预测电流控制策略能更精确地预测电机的电流变化，从而提高电机的控制性能。具体实现方式将在后续文章中详细介绍。感谢您的关注与阅读，如果您有任何问题或建议，欢迎留言交流。

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