“交流電機(jī)模型預(yù)測控制”專題特約主編寄語

“交流電機(jī)模型預(yù)測控制”專題特約主編寄語

模型預(yù)測控制（Model Predictive Control, MPC）是20世紀(jì)70年代后期在工業(yè)工程控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一類新型計算機(jī)控制算法，由于其具有原理簡單、魯棒性好、多變量控制和容易處理非線性約束等優(yōu)點(diǎn)，一出現(xiàn)就受到國內(nèi)外工程界的重視。1983年德國學(xué)者Holtz 教授首次將MPC的思想應(yīng)用于異步電機(jī)高性能閉環(huán)控制并取得了成功。受制于當(dāng)時的硬件條件，在很長一段時間內(nèi)MPC并未在電力電子和電機(jī)控制領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注和研究，直到2000年以后，MPC在電力電子與電力傳動領(lǐng)域的研究才重新興起并迅速成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。IEEE在工業(yè)電子期刊和多個國際會議上組織了多次關(guān)于MPC的專題，甚至專門成立了關(guān)于MPC在電機(jī)控制與電力電子中應(yīng)用的國際研討會議（Symposium on Predictive Control of Electrical Drives and Power Electronics, PRECEDE），目前已經(jīng)召開5屆。工業(yè)界則以ABB為代表，在其推出的最新一代中壓變頻器ACS6080中采用了MPC技術(shù)并獲得了明顯的性能提升。國內(nèi)在國家自然科學(xué)基金委的支持下，已經(jīng)批準(zhǔn)交流電機(jī)和電力電子變換器模型預(yù)測控制領(lǐng)域內(nèi)多個項目，取得了豐碩的研究成果，但國內(nèi)中文期刊尚未組織過關(guān)于MPC在交流電機(jī)系統(tǒng)中的專題。為了反映國內(nèi)學(xué)者在“交流電機(jī)模型預(yù)測控制”領(lǐng)域的研究成果，同時也是響應(yīng)習(xí)總書記“把論文寫在祖國大地上”的號召，在電工技術(shù)學(xué)報編輯和國內(nèi)外客座編委的支持下，本次專題應(yīng)運(yùn)而生。

本專題得到了國內(nèi)學(xué)者的積極響應(yīng)，共收到投稿論文40余篇，經(jīng)過審稿專家認(rèn)真嚴(yán)格評審，專題最終選用11篇，研究內(nèi)容涵蓋了模型預(yù)測控制的權(quán)重系數(shù)設(shè)計、計算量減小、穩(wěn)態(tài)性能提高、參數(shù)魯棒性和容錯控制等多個方面，研究對象則以同步電機(jī)尤其是永磁同步電機(jī)為主，這也反映了永磁電機(jī)是目前交流電機(jī)系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。

在模型預(yù)測控制的權(quán)重設(shè)計和計算量減小方向有3篇文章。論文《基于粒子群算法的永磁同步電機(jī)模型預(yù)測控制權(quán)重系數(shù)設(shè)計》針對永磁電機(jī)采用模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制時的權(quán)重系數(shù)設(shè)計問題，提出一種基于混沌變異的動態(tài)重組多種群粒子群算法實(shí)現(xiàn)了權(quán)重系數(shù)自整定。論文《基于權(quán)重系數(shù)消除和有限控制集優(yōu)化的雙三相永磁容錯電機(jī)快速預(yù)測直接轉(zhuǎn)矩控制》針對雙三相永磁容錯電機(jī)，通過將評價函數(shù)中不同量綱的變量等效為相同量綱的電壓矢量以及對候選矢量進(jìn)行優(yōu)化，不僅消除了定子磁鏈權(quán)重系數(shù)，而且減小了系統(tǒng)的計算量。論文《基于多核并行計算的永磁同步電機(jī)有限集模型預(yù)測控制策略》以永磁同步電機(jī)為被控對象，提出一種基于多核并行計算的有限集模型預(yù)測控制策略，在保持原算法控制性能和控制特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，有效降低了算法執(zhí)行時間。

在模型預(yù)測控制的穩(wěn)態(tài)性能改進(jìn)方向有3篇文章。論文《兩電平電壓源逆變器雙矢量調(diào)制模型預(yù)測控制：理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和推廣》針對常規(guī)模型預(yù)測控制電流諧波較大的問題，提出一種雙矢量調(diào)制模預(yù)測控制策略，相比常規(guī)雙矢量法具有類似的動穩(wěn)態(tài)控制性能但計算量更小。論文《五橋臂逆變器雙永磁電機(jī)三矢量預(yù)測控制》針對五橋臂逆變器雙永磁電機(jī)系統(tǒng)，通過在每個控制周期內(nèi)作用兩個有效矢量和一個零矢量，有效減小了電流波動。論文《開繞組永磁同步電機(jī)混合雙矢量模型預(yù)測控制》針對共直流母線繞組開路永磁同步電機(jī)，提出一種混合雙矢量模型預(yù)測電流控制方法，能夠有效地抑制零序電流的產(chǎn)生并減小電流脈動。

在模型預(yù)測控制的魯棒性和容錯性方向共有3篇文章。論文《一種永磁同步電機(jī)的有限集無模型容錯預(yù)測控制算法》以永磁同步電機(jī)為對象，針對傳統(tǒng)MPC在電機(jī)發(fā)生參數(shù)攝動和永磁體失磁故障時模型失配導(dǎo)致的系統(tǒng)性能下降問題，提出一種基于超局部模型的有限集無模型容錯預(yù)測控制方法，提高了系統(tǒng)對電機(jī)參數(shù)攝動和失磁故障的容錯性和魯棒性。論文《兩相靜止坐標(biāo)系下的永磁同步電動機(jī)模型預(yù)測功率控制》提出一種等價于d=0的永磁同步電動機(jī)模型預(yù)測功率控制方法，無需使用永磁體磁鏈參數(shù)和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，降低了算法對電機(jī)參數(shù)變化的敏感度和系統(tǒng)的復(fù)雜度。論文《斷相故障下開繞組永磁同步電機(jī)模型預(yù)測控制容錯策略研究》針對共直流母線型開繞組永磁同步電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生單相斷相故障時的容錯控制問題，推導(dǎo)了新坐標(biāo)變換下的dq 軸電機(jī)數(shù)學(xué)模型，并采用三矢量模型預(yù)測控制來保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。

另外，本次專題還有2篇非電壓源驅(qū)動的同步電機(jī)控制的文章。論文《基于電流源變流器的永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)全狀態(tài)變量預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制》針對電流源驅(qū)動永磁同步電機(jī)系統(tǒng)存在的諧振易失穩(wěn)問題，提出一種計及全狀態(tài)變量的預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制策略，可有效抑制濾波電容和定子電感之間的能量振蕩，并通過選取合理的開關(guān)懲罰項權(quán)系數(shù)實(shí)現(xiàn)了開關(guān)頻率和穩(wěn)態(tài)控制性能的優(yōu)化設(shè)計。論文《負(fù)載換流逆變器驅(qū)動電勵磁同步電機(jī)無速度傳感器模型預(yù)測控制方法》針對負(fù)載換流逆變器驅(qū)動電勵磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)存在的動態(tài)響應(yīng)性能欠佳問題，提出了無速度傳感器模型預(yù)測控制，通過設(shè)計合適的代價函數(shù)和適用于負(fù)載換相模式下的速度觀測器，獲得了比PI控制更好的動態(tài)響應(yīng)特性。

本次專題反映了我國學(xué)者在“交流電機(jī)模型預(yù)測控制”領(lǐng)域的最新進(jìn)展，為相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者提供了交流的平臺，為促進(jìn)模型預(yù)測控制在交流電機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用提供思考和啟發(fā)。

感謝各位專家編委對本專題的支持，感謝《電工技術(shù)學(xué)報》編輯部為本次專題能夠順利出版付出的辛勤勞動。

2021年1月