“交流电机模型预测控制”专题特约主编寄语

“交流电机模型预测控制”专题特约主编寄语

模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）是20世纪70年代后期在工业工程控制领域中出现的一类新型计算机控制算法，由于其具有原理简单、鲁棒性好、多变量控制和容易处理非线性约束等优点，一出现就受到国内外工程界的重视。1983年德国学者Holtz 教授首次将MPC的思想应用于异步电机高性能闭环控制并取得了成功。受制于当时的硬件条件，在很长一段时间内MPC并未在电力电子和电机控制领域得到广泛关注和研究，直到2000年以后，MPC在电力电子与电力传动领域的研究才重新兴起并迅速成为学术界和工业界的研究热点。IEEE在工业电子期刊和多个国际会议上组织了多次关于MPC的专题，甚至专门成立了关于MPC在电机控制与电力电子中应用的国际研讨会议（Symposium on Predictive Control of Electrical Drives and Power Electronics, PRECEDE），目前已经召开5届。工业界则以ABB为代表，在其推出的最新一代中压变频器ACS6080中采用了MPC技术并获得了明显的性能提升。国内在国家自然科学基金委的支持下，已经批准交流电机和电力电子变换器模型预测控制领域内多个项目，取得了丰硕的研究成果，但国内中文期刊尚未组织过关于MPC在交流电机系统中的专题。为了反映国内学者在“交流电机模型预测控制”领域的研究成果，同时也是响应习总书记“把论文写在祖国大地上”的号召，在电工技术学报编辑和国内外客座编委的支持下，本次专题应运而生。

本专题得到了国内学者的积极响应，共收到投稿论文40余篇，经过审稿专家认真严格评审，专题最终选用11篇，研究内容涵盖了模型预测控制的权重系数设计、计算量减小、稳态性能提高、参数鲁棒性和容错控制等多个方面，研究对象则以同步电机尤其是永磁同步电机为主，这也反映了永磁电机是目前交流电机系统的研究热点。

在模型预测控制的权重设计和计算量减小方向有3篇文章。论文《基于粒子群算法的永磁同步电机模型预测控制权重系数设计》针对永磁电机采用模型预测转矩控制时的权重系数设计问题，提出一种基于混沌变异的动态重组多种群粒子群算法实现了权重系数自整定。论文《基于权重系数消除和有限控制集优化的双三相永磁容错电机快速预测直接转矩控制》针对双三相永磁容错电机，通过将评价函数中不同量纲的变量等效为相同量纲的电压矢量以及对候选矢量进行优化，不仅消除了定子磁链权重系数，而且减小了系统的计算量。论文《基于多核并行计算的永磁同步电机有限集模型预测控制策略》以永磁同步电机为被控对象，提出一种基于多核并行计算的有限集模型预测控制策略，在保持原算法控制性能和控制特点的基础上，有效降低了算法执行时间。

在模型预测控制的稳态性能改进方向有3篇文章。论文《两电平电压源逆变器双矢量调制模型预测控制：理论分析、实验验证和推广》针对常规模型预测控制电流谐波较大的问题，提出一种双矢量调制模预测控制策略，相比常规双矢量法具有类似的动稳态控制性能但计算量更小。论文《五桥臂逆变器双永磁电机三矢量预测控制》针对五桥臂逆变器双永磁电机系统，通过在每个控制周期内作用两个有效矢量和一个零矢量，有效减小了电流波动。论文《开绕组永磁同步电机混合双矢量模型预测控制》针对共直流母线绕组开路永磁同步电机，提出一种混合双矢量模型预测电流控制方法，能够有效地抑制零序电流的产生并减小电流脉动。

在模型预测控制的鲁棒性和容错性方向共有3篇文章。论文《一种永磁同步电机的有限集无模型容错预测控制算法》以永磁同步电机为对象，针对传统MPC在电机发生参数摄动和永磁体失磁故障时模型失配导致的系统性能下降问题，提出一种基于超局部模型的有限集无模型容错预测控制方法，提高了系统对电机参数摄动和失磁故障的容错性和鲁棒性。论文《两相静止坐标系下的永磁同步电动机模型预测功率控制》提出一种等价于d=0的永磁同步电动机模型预测功率控制方法，无需使用永磁体磁链参数和旋转坐标变换，降低了算法对电机参数变化的敏感度和系统的复杂度。论文《断相故障下开绕组永磁同步电机模型预测控制容错策略研究》针对共直流母线型开绕组永磁同步电机系统发生单相断相故障时的容错控制问题，推导了新坐标变换下的dq 轴电机数学模型，并采用三矢量模型预测控制来保证系统的稳态性能。

另外，本次专题还有2篇非电压源驱动的同步电机控制的文章。论文《基于电流源变流器的永磁同步电机驱动系统全状态变量预测转矩控制》针对电流源驱动永磁同步电机系统存在的谐振易失稳问题，提出一种计及全状态变量的预测转矩控制策略，可有效抑制滤波电容和定子电感之间的能量振荡，并通过选取合理的开关惩罚项权系数实现了开关频率和稳态控制性能的优化设计。论文《负载换流逆变器驱动电励磁同步电机无速度传感器模型预测控制方法》针对负载换流逆变器驱动电励磁同步电机控制系统存在的动态响应性能欠佳问题，提出了无速度传感器模型预测控制，通过设计合适的代价函数和适用于负载换相模式下的速度观测器，获得了比PI控制更好的动态响应特性。

本次专题反映了我国学者在“交流电机模型预测控制”领域的最新进展，为相关领域的专家学者提供了交流的平台，为促进模型预测控制在交流电机系统中的应用提供思考和启发。

感谢各位专家编委对本专题的支持，感谢《电工技术学报》编辑部为本次专题能够顺利出版付出的辛勤劳动。

2021年1月