導讀：首先需要說明的是PI電流調節器和無差拍電流預測控制器的作用都是為了求得電壓參考指令作為脈寬調制SVPWM模塊的輸入。本期文章以傳統的PI和復矢量PI調節器與無差拍電流預測控制器作為分析對象，進行控制性能對比。

一、兩種PI電流調節器

前期文章已經對PI電流調節器的工作原理和種類作了詳細的說明，本期就不再闡述。

1.1傳統PI電流調節器

傳統PI電流調節器如公式（1）所示,對d、q軸電流進行分別調節。

從式1可以看出，整個PI系統主要由比例調節和積分調節兩部分構成。比例調節是一種最簡單的調節方式，控制器的輸出與輸入誤差成正比關系，該調節方式可以對偏差做出瞬間的調節，能有效地減輕系統的滯后特性，但會出現靜差。積分調節中控制器的輸出與輸入誤差的積分成正比關系，雖然這樣可以有效的消除系統的靜差，但會使系統的響應速度下降，并且會增加系統的超調量。PI 調節綜合了比例和積分調節的兩種優點，既能夠快速抵消干擾，也能夠消除靜差，因此在實際工程中應用十分廣泛。

由式1可以看出，PI 調節器的比例、積分參數對整個控制系統的可靠性與穩定性影響巨大，因此PI 參數整定是控制系統設計的核心內容。目前 PI 參數整定的方法有很多，如自適應PI、神經網絡等，這些方法在實際應用中的控制設計太過復雜.目前，一般工程仍然采用的試湊，這不僅工作繁瑣，誤差也比較大。

圖1 傳統PI電流調節器

圖2 傳統PI電流調節器q軸電流階躍響應

基于傳統PI電流調節器的FOC中q軸電流階躍響應雖然具有較快的上升速度但超調量很大。

1.2復矢量PI電流調節器

傳統的線性 PI 調節器將電流內環分離成 d、q 軸兩個控制環，由于兩個環路之間存在交叉耦合項并不能實現完全獨立設計。而復矢量調節器將 d、q軸的電流環當作一個整體，與傳統方法相比具有更優的控制性能和參數魯棒性。

將電機數學模型的狀態方程中的反電動勢項略掉后進行拉普拉斯變換，得到定子電流到電壓的傳遞函數如式（2）所示。

根據公式（2），可以設計復矢量調節器如式（3）.

圖（3）是基于復矢量調節器的電流環的控制框圖。

圖3 基于復矢量調節器的控制框圖

圖4 復矢量PI電流調節器

圖5 復矢量PI電流調節器q軸電流階躍響應

基于復矢量PI電流調節器的FOC中q軸電流相比較于基于傳統PI電流調節器的動態效果要好一些，穩態時的諧波也更小一些。

二、無差拍電流預測控制器

傳統異步電機矢量控制一般為轉速外環、電流內環的雙閉環結構，雙閉環結構均采用PI 調節器，但數字 PI 調節器存在著固有的滯后特性，會對異步電機的轉矩電流跟蹤性能和動態響應特性造成一定影響，影響控制的效率，實際效果不能完全盡如人意，并且整個控制性能受電機參數影響較大。電流預測控制能夠實現在當前控制周期下，預測出下一個周期的控制指令，從而從本質上解決 PI 調節的滯后性，提升系統的帶寬。

圖6 基于無差拍電流預測控制器的異步電機矢量控制系統框圖

無差拍電流預測控制器的思路：利用系統的數學模型和當前時刻的采樣值，求出給定電壓矢量，并使逆變器輸出電壓矢量，達到實際電流在下一采樣周期能跟蹤上給定電流的效果。

2.1電流預測控制器原理

異步電機在兩相同步旋轉坐標系下的數學模型，選擇定子電流和轉子磁鏈作為狀態變量，得到異步電機的狀態方程如式4所示。

設計無差拍電流預測控制器需要將異步電機的數學模型離散化，由式4可得電機離散化狀態方程，如式5所示。

圖7 無差拍電流預測控制器

圖8 無差拍電流預測控制器q軸電流階躍響應

三、仿真分析

圖9 基于傳統PI調節器的異步電機矢量控制系統仿真

圖10 基于復矢量PI調節器的異步電機矢量控制系統仿真

圖10 基于無差拍電流預測控制器的異步電機矢量控制系統仿真

圖a 傳統PI

圖b 復矢量PI

圖c 無差拍電流預測控制器

通過以上仿真結果可以看出，相比較于傳統PI電流調節器，采用電流預測控制器時轉矩電流的跟蹤特性明顯改善且能明顯的提升系統的動態性能，并在整個過程也能略過試湊PI 參數的繁瑣過程。未考慮改變電機參數和其他特殊的運行方式時，兩種調節器在仿真中的性能區別不是很大。但是總體上而言，復矢量PI調節器不像傳統 PI 調節器那樣將兩個電流環分開考慮，所以復矢量PI調節器的結構要簡單很多。