永磁同步电机（PMSM）具有结构简单、效率高、控制性能好等优点，被广泛应用于机械制造、轨道交通等工业领域。为提高控制系统的动态性能，模型预测控制被引入控制领域中，并根据所控制对象的不同，可以将其分为模型预测电流控制（MPCC）和模型预测转矩控制（MPTC）。

模型预测电流控制主要以电流为控制目标，其价值函数中只包含电流项；而模型预测转矩控制主要以磁链和转矩为控制目标，由于这两者的量纲不同，导致价值函数中需要权重系数来对其占比进行调整。但与模型预测电流控制相比，模型预测转矩控制能直接控制转矩，使系统更加直观简洁。

传统模型预测转矩控制方法的思想与传统直接转矩控制（DTC）方法相似，但后者通过滞环控制器进行电压矢量选择，而前者则是将转矩和磁链的控制作为一个优化问题进行讨论。传统模型预测转矩控制通过提前一个采样周期对下个时刻的电机数学模型控制量进行预测，选取使价值函数值最小的基本电压矢量为最优电压矢量，并作用于两电平逆电器进行输出，该方法具有控制结构简单的优点，但由于两电平逆变器只能输出8个电压矢量（6个有效电压矢量和2个零电压矢量），导致可选电压矢量受限，使得输出转矩脉动和磁链波动过大。

为了减少双矢量模型预测转矩控制的计算量并抑制转矩脉动和磁链波动，湘潭大学自动化与电子信息学院的兰志勇、罗杰等，提出一种基于快速选择表的永磁同步电机改进模型预测转矩控制策略，以扩大输出电压矢量选择范围，同时减小双矢量模型预测转矩控制中忽略的定子磁链波动。

图1 控制框图

研究者指出，在该方法中，通过增加有效电压矢量，使输出电压矢量方向和幅值均可调节，并采用快速选择表来降低算法复杂度，在确保转矩性能的同时，对磁链波动进行综合考虑。

图2 实验平台

他们首先对电压矢量与转矩和定子磁链之间的关系进行综合分析，并根据定子磁链值进行扇区判断；其次，依据实际转矩与给定转矩之间的差值和扇区值在快速选择表中进行有效电压矢量选择，以降低对有效电压矢量的选择时间；最后，根据无差拍控制原理计算出各个电压矢量作用时间。

仿真和实验结果表明，该方法与双矢量模型预测转矩控制具有相似的动态性能，但该方法能够有效抑制转矩脉动和磁链波动，并保持良好的动稳态性能和较少的预测次数。

本工作成果发表在2023年第21期《电工技术学报》，论文标题为“基于快速选择表的永磁同步电机模型预测转矩控制”。