據(jù)外媒報道，目前，市場上的電機種類繁多，其中永磁同步電機（PMSM）具有體積小、效率高、功率因數(shù)高等關鍵優(yōu)勢。因而，在電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)、高速列車和高端數(shù)控加工系統(tǒng)等領域，這種電機贏得了一席之地。

左：MPC與電源轉換器、變速器和電流控制系統(tǒng)的關系；右：目前MPC應用中存在的主要問題。（圖片來源：ieee-jas.net）

為了使永磁同步電機達到預期運行狀態(tài)，采用適當?shù)目刂撇呗?，與選擇電機零部件一樣重要。目前在這方面，模型預測控制（MPC）是最具吸引力的方法。簡單地說，MPC指的是使用關于需要控制的動態(tài)過程的數(shù)學模型，并根據(jù)該模型的預測來調(diào)整控制信號。通過這種方法，人們可以利用成熟的功率轉換器和傳輸系統(tǒng)模型，使PMSM在所需的約束集內(nèi)運行。

值得一提的是，有限控制集MPC（FCS-MPC）策略，是在PMSM中實現(xiàn)MPC的最直觀、最簡單的方法之一，已成為MPC研究的熱點。然而，為了充分發(fā)揮永磁同步電機的潛力，仍有許多挑戰(zhàn)需要解決。

最近，中國江蘇大學孫曉東教授領導的研究團隊在英文版《自動化學報》（IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica）上發(fā)表了一篇綜述文章。研究人員闡述了FCS-MPC的基本原理、缺點，以及當前針對這些問題而開發(fā)的解決技術，還有未來的研究方向。

將FCS-MPC應用于永磁同步電機，更突出的挑戰(zhàn)在于，與基礎模型預測和確定控制信號適當值的優(yōu)化算法相關的計算復雜性和延遲。此外，F(xiàn)CS-MPC計算依賴于多個模型參數(shù)，這些參數(shù)必須精確設置，預測才有意義。

該文從解決這些挑戰(zhàn)和潛在解決方案入手，旨在使FCS-MPC在參數(shù)不確定性、波動和外部干擾下更加穩(wěn)健地運行。一些研究側重于評估可能存在的干擾，并進行彌補；另一些研究則致力于通過改進預測模型來消除參數(shù)波動產(chǎn)生的影響，例如無參數(shù)預測模型或在線參數(shù)識別方法。

該文還介紹了在降低FCS-MPC計算負擔方面取得的最新進展。研究人員提出，通過其他一些有吸引力的方案來提高性能，如多向量FCS-MPC策略，以補償由MPC計算帶來的延遲，調(diào)整應用于系統(tǒng)必須控制的變量的權重因子，從而實現(xiàn)優(yōu)先級理念。

最后，該文概述了在永磁同步電機中應用FCS-MPC的幾個重要研究方向。其中之一是多步控制策略，可以大大降低開關損耗，提高整個系統(tǒng)的效率。另外涉及推進FCS-MPC理論的重要部分，如穩(wěn)定性分析，以及探討結合不同控制方案的新方法，以獲得更良好的性能。

孫教授表示：“最近，新的解決方法不斷涌現(xiàn)。在實際應用中，可以將永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)與相關解決方案整合在一起，如容錯控制和無傳感器控制。為了探討如何結合這些方案，以獲得更好的效果，還需要進行深入的研究?！?/p>

總的來說，改進MPC技術，有助于在給定環(huán)境下更有效地操作永磁同步電機，無論操作條件多么惡劣。反過來說，這將從各個方面轉化為社會效益。孫教授表示：“模型預測控制方法，旨在解決具有優(yōu)化要求的控制問題。隨著MPC研究的深入，人們的生活將變得更加經(jīng)濟、安全和環(huán)保。”