永磁同步牵引电机全速域双模式模型预测控制策略

有限集模型预测控制因其多目标多约束特性及优良动态性能，在大功率牵引传动中备受关注。针对轨道车辆牵引电机调速范围宽、高速弱磁区需最大化直流母线电压利用率的问题，传统方法在过调制下电流跟踪性能下降，难以实现方波运行。为此，提出一种双模式模型预测控制策略：在线性速域采用单步长预测控制，在高速弱磁域引入多步长预测，基于电流轨迹平均值构建目标函数以确定最优换流时刻；结合双滞环结构实现模式平滑切换，并建立前馈弱磁控制模型生成参考电流。实验结果验证了该策略在稳态与暂态下的有效性。

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.