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一种基于滑模观测器的开绕组永磁同步电机鲁棒双矢量模型预测电流控制方法
A Robust Dual-Vector Model Predictive Current Control Scheme for Open-Winding Permanent Magnet Synchronous Motor Drives With Sliding Mode Observer
| 作者 | Yuelin Dong · Shuo Zhang · Chengning Zhang · Xueping Li · Mingwei Zhao |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 开放式绕组永磁同步电机 双矢量模型预测电流控制 滑模观测器 开关频率 参数鲁棒性 |
语言:
中文摘要
为降低采用隔离直流电源的开绕组永磁同步电机（OW - PMSM）的开关频率并增强其参数鲁棒性，提出了一种结合滑模观测器（SMO）的新型双矢量模型预测电流控制（DV - MPCC）方法。首先，在采用隔离直流电源的OW - PMSM系统中提出了DV - MPCC，与传统无差拍预测电流控制（DPCC）方法相比，该方法可使OW - PMSM系统的开关频率降低50%。其次，将SMO创新性地应用于隔离式OW - PMSM，该观测器能够估计由采用隔离直流电源的OW - PMSM的定子电感、定子电阻和磁链失配所引起的扰动。利用李雅普诺夫函数分析了该观测器的稳定性。然后，将SMO与DV - MPCC相结合，利用SMO观测到的扰动来修正DV - MPCC计算出的参考电压，从而获得更优的开关状态和占空比。为验证所提方法的有效性，通过仿真和实验对比了传统MPCC、DV - MPCC以及DV - MPCC + SMO方法。
English Abstract
To reduce the switching frequency and enhance the parameter robustness of open-winding permanent magnet synchronous motors (OW-PMSMs) with isolated DC power sources, a novel dual-vector model predictive current control (DV-MPCC) method with sliding mode observer (SMO) is proposed. First, the DV-MPCC is presented in OW-PMSM system with isolated DC power sources, which can reduce the switching frequency of OW-PMSM system by 50% compared with the conventional deadbeat predictive current control (DPCC) method. Second, a SMO is innovatively applied to isolated OW-PMSM, which can estimate the disturbances caused by stator inductance, stator resistance, and flux linkage mismatch of OW-PMSM with isolated DC power sources. The stability of the observer is analyzed by the Lyapunov function. Then, combine the SMO and DV-MPCC, the disturbance observed by SMO is used to correct the reference voltage calculated by DV-MPCC, so as to obtain a more optimized switching state and duty cycle. To verify the proposed method, the conventional MPCC the DV-MPCC and the DV-MPCC+SMO methods are compared by simulations and experiments.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项针对开绕组永磁同步电机的双矢量模型预测控制技术具有显著的应用价值。该技术通过创新性地将滑模观测器与双矢量预测控制相结合，在降低开关频率50%的同时显著增强了参数鲁棒性，这对我们在储能系统、光储一体化解决方案以及新能源汽车驱动系统中的电机控制优化具有重要意义。
从产品应用角度分析，该技术的核心价值体现在三个方面：首先，开关频率的大幅降低可直接减少功率器件的开关损耗，这对提升我们储能变流器和光伏逆变器的系统效率、降低散热需求具有实际价值，有助于提高产品功率密度和可靠性。其次，滑模观测器对电感、电阻和磁链失配的扰动补偿能力，能够增强系统在参数漂移和工况变化下的控制精度，这对户外运行的新能源设备尤为关键。第三，隔离式双端供电拓扑与我们多电平逆变器技术路线存在协同潜力。
技术成熟度方面，该方法已完成仿真和实验验证，但从研究原型到产品化仍需跨越工程实现的鸿沟。主要挑战包括：滑模观测器的抖振抑制在实际工况中的表现、双矢量优化算法的实时计算负荷、以及与现有控制平台的集成适配性。
建议我们的中央研究院重点关注该技术在储能PCS和电驱系统中的应用可行性研究，特别是在高功率密度、宽温度范围工况下的参数鲁棒性验证，评估其与公司现有1500V高压系统和模块化多电平技术的融合潜力，为下一代高效能源转换产品储备核心技术。