基于电流差分技术的无模型预测电流控制在开关磁阻电机驱动中的应用

《IEEE Transactions on Industrial Electronics》：Model-Free Predictive Current Control for Switched Reluctance Motor Drives Using Current Difference Technique

本文提出一种基于模型-free预测控制的SRM驱动电流控制器，无需离线参数分析，利用电流差技术存储并映射到占空比更新查找表，实现低成本低纹波控制。仿真和实验表明该方法在宽转速及电感饱和条件下性能优于PI和传统预测控制，具有低电流纹波和RMS误差优势。

　　

摘要：

本文提出了一种用于开关磁阻电机（SRM）驱动的新型电流控制方法。该方法基于无模型预测控制原理，因此无需进行离线分析来确定电机参数并将其存储在内存中。控制器利用电流差分技术，在电机运行过程中记录每个采样时刻的电流变化值。这些存储的电流差分值被映射到相应的占空比，并用于更新查找表，以辅助成本函数的决策过程。该电流差分表对内存友好，且不需要额外的电流采样，使得这种方法适用于低成本应用。本文还提出了一种更新机制，以确保快速更新的同时将误差降到最低，并保持系统的简单性。仿真结果和实验表明，即使在电感饱和和感应反电动势条件下，这种固定开关控制方法也能在宽广的速度范围内有效运行。此外，与文献中的其他电流控制器（如比例-积分控制器、基于模型的控制器和无模型预测控制器）相比，本文提出的控制器在电流纹波和电流均方根误差方面表现出更优异的性能。

引言

在过去几十年中，开关磁阻电机（SRM）作为传统电机的替代品，在可再生能源发电和汽车推进系统等领域受到了广泛关注[1]、[2]。无磁结构、容错性、宽速度范围运行和鲁棒性是SRM的主要优势[3]。然而，SRM也存在扭矩纹波大、功率密度低、振动和噪声等问题。因此，最近的研究趋势集中在通过改进电机设计或驱动系统来克服这些缺点[4]、[5]、[6]、[7]。一种常见的减少扭矩纹波的方法是采用扭矩共享函数（TSF）来改善输出扭矩波形。通常，TSF通过扭矩-电流查找表（LUT）在SRM各相位之间优化分配扭矩，从而生成相位电流参考值。因此，控制性能依赖于电流调节器来准确跟踪这些电流参考值[8]。由于结构简单，迟滞控制器（HC）和比例-积分（PI）控制器成为工业中实现电流调节器的最常用方法，并常被用作基准。然而，这些方法的性能可能不尽如人意。HC在数字控制实现中通常会产生较大的电流纹波；而PI控制器虽然能降低电流纹波，但由于雅可比线性化的影响，其鲁棒性较差[9]。这促使人们进一步研究高性能控制方法。