1.前言

这几天看到相对而言非常好的无差拍预测电流控制（DPCC）。现在复现出来跟大家一块学习一下。新鲜出炉的TPEL，25年1月24刚刚被接受。

在之前的文章中，提到了增量式DPCC可以让系统不受磁链失配的影响，进而在一定程度上增强了系统的鲁棒性。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/707416552https://zhuanlan.zhihu.com/p/707416552

因此如果从增量DPCC入手，参数辨识的负担就会小一点。虽然通过信号注入的方法可以有效辨识电机参数，但是如果能够不注入信号就能够辨识电机参数，那当然是更有益的（根据预测电流误差去辨识）。

虽然我高性能专题16的那个算法效果挺好的了，但是感觉算法有些复杂，当时搭了好几个小时才搭完。而且算法16不适用于IPMSM。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/719591343https://zhuanlan.zhihu.com/p/719591343

感觉这篇TPEL的方法相对而言更简单一些，且效果也很好。（感觉预测控制这方面很容易灌水，之前学习的/复习的很多论文细究之后都有很明显的问题，自己也踩了不少坑。这篇文讲的很详细，而且方法也是合理的，非常推荐相关方向的同学学习。）

2.论文介绍

2.1论文大致内容介绍

首先论文推导了增量式DPCC的公式。增量式DPCC能够消除磁链这一参数。由于电阻这一项的数值Rs往往都远小于电感除以控制周期Ls/Ts（当然了，这个也是取决于电机参数的，目前看到大多数论文的实验电机都可以满足这一点需求），所以通常就把电阻忽略了。

根据式子(13)可见，增量式DPCC其实就需要考虑电感即可。

知道需要考虑电感之后，论文推导了电感误差与电流误差之间的关系。

接着论文给出了电感的计算公式：

这部分内容在论文中的说的很详细，这里就不过多截图了。

2.2复现注意事项

感觉方法不是太难，复现过程中唯一感觉要注意的就是，论文的电感辨识每2个控制周期进行一次。论文中也有详细说明。

2.3关于“无差拍预测电流控制”基本概念的解释

无差拍预测电流控制/DPCC的基本思想是，在电压足够的前提下，使电流能够在两个控制周期后无超调地达到参考电流。

实现这一要求的前提是，控制器参数与电机参数尽可能接近，且电压足够。

当然了，控制器参数与电机参数有一点偏差的话，影响也不会太明显。

下面我用仿真波形来解释这一点。

比如下图就是这个方法的仿真波形（0.05s开始执行算法）。我是设置控制器中的电感为实际电感的1.5倍，在这个情况下增量DPCC的性能非常差（0.05s之前），电机会有非常大的电流谐波和转矩脉动。

从电感辨识结果来看，0.1s-0.418s之间这段时间，电感辨识效果是很好的。在0.418s后有点误差，但误差也不大。

电感辨识整体波形

电感辨识放大波形

首先，在电感准确的时候（0.1s-0.418s），我们可以发现，q轴实际电流能够在两个控制周期达到q轴参考电流，所以电感准确的时候电流性能能够满足无差拍的基本要求。

0.2014s-0.2028s的仿真波形

其次首先，在电感有点偏差的时候（0.418s后），我们可以发现，q轴实际电流也基本能够在两个控制周期达到q轴参考电流，所以电感即使有点偏差，电流性能也基本能够满足无差拍的基本要求。

0.4184s-0.4210s的仿真波形

从上述波形中可以看到，即使电感辨识存在一点小误差，电流跟随性能仍基本能够满足2个控制周期无超调跟上参考电流的需求。

3.SPMSM的仿真

仿真参数：

Ts = 5e-7;%仿真步长

Tpwm = 1e-4;%开关周期

Tsample = Tpwm/1;%采样周期/控制周期

Tspeed = 4*Tsample;%转速采样周期

D = 5;

Pn = 5;%电机极对数

Ld = 3e-3;%d轴电感

Lq = 3e-3;%d轴电感

Rs = 0.1;%定子电阻

flux = 0.084;%永磁体磁链

Vdc=270;%直流母线电压

iqmax=20;%额定电流

Tdead = 1e-6;%死区时间

J = 1.7e-3;%转动惯量

B = 3e-4;%阻尼系数

n_init = 2000;%初始转速

fc_lpf = 1000;%转速计算的低通滤波器截止频率

%转速环PI参数

Kpw=0.1;

Kiw=20;

%电流环参数

Lq1 = 1.5*Lq;

limit = 0.3;

3.1无参数失配的仿真波形：

dq电流跟随性能表现

三相电流、转矩、转速波形

3.2控制器电感偏大50%的仿真波形

dq电流跟随性能表现

三相电流、转矩、转速波形

3.3不同转速下的仿真波形

3.3.1 0.05s（1000rpm）执行电感辨识算法

三相电流、转矩、转速波形

电感辨识情况

dq电流跟随性能表现

3.3.2 0.15s（2000rpm）执行电感辨识算法

三相电流、转矩、转速波形

电感辨识情况

dq电流跟随性能表现

3.3.3 0.5s（500rpm）执行电感辨识算法

三相电流、转矩、转速波形

电感辨识情况

dq电流跟随性能表现

电感辨识算法开启前后的波形对比

从上述波形来看，该算法能够在不同转速下都具有较好的辨识效果，实现优异的控制性能。

3.4不同负载下的仿真波形

3.4.1 0.05s（空载）执行电感辨识

三相电流、转矩、转速波形

电感辨识情况

dq电流跟随情况放大图

3.4.2 0.15s（半载）执行电感辨识

三相电流、转矩、转速波形

电感辨识情况

dq电流跟随情况放大图

3.4.3 0.25s（满载）执行电感辨识

三相电流、转矩、转速波形

电感辨识情况

从上述波形来看，该方法在不同负载下都能有效辨识电感，且电流跟随性能基本都能够满足2个控制周期无超调跟上参考电流的需求。

4.IPMSM的仿真

仿真参数：

Ts = 5e-7;%仿真步长

Tpwm = 1e-4;%开关周期

Tsample = Tpwm/1;%采样周期/控制周期

Tspeed = 4*Tsample;%转速采样周期

D = 5;

Pn = 5;%电机极对数

Ld = 4e-3;%d轴电感

Lq = 8.5e-3;%d轴电感

Rs = 0.1;%定子电阻

flux = 0.084;%永磁体磁链

Vdc=400;%直流母线电压

iqmax=20;%额定电流

Tdead = 1e-6;%死区时间

J = 1.7e-3;%转动惯量

B = 3e-4;%阻尼系数

n_init = 1000;%初始转速

fc_lpf = 1000;%转速计算的低通滤波器截止频率

%转速环PI参数

Kpw=0.1;

Kiw=20;

%电流环参数

Ld1 = 1.5*Ld;

Lq1 = 1.5*Lq;

limit = 0.3;

辨识结果

三相电流、转矩、转速波形

电流跟随情况

电流跟随情况（放大图）

从上述仿真结果来看，这个方法在IPMSM也是通用的。q轴电流的跟随性能是满足无差拍的基本要求的。

但是d轴的辨识结果误差稍大，而且d轴电流的跟随效果没有实现无差拍的基本要求。

这个原因在于，我是在仿真中加了死区，而死区对d轴影响会高于q轴，d轴是存在更明显的谐波电流。

不过这个电流跟随效果已经很好了。

5.总结

本文中介绍的方法，通过无差拍预测电流控制的增量模型，消除了DPCC对电阻和磁链的需求；并通过误差辨识电感的方法，有效提高了DPCC的鲁棒性，同时实现电流的高动态控制。该方法对IPMSM和SPMSM都通用。

但辨识结果会在一定程度上受谐波影响，后续有兴趣的同学可以进一步考虑谐波抑制，增强辨识的鲁棒性。