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作者：张国富北方工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)以其高效率和低损耗的特性成为许多高科技产业的支柱,在工业生产和交通等多个领域得到了广泛应用,代表了21世纪电机技术的前沿发展方向。近年来,随着电力电子技术和数字信号处理... 详细信息

永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)以其高效率和低损耗的特性成为许多高科技产业的支柱,在工业生产和交通等多个领域得到了广泛应用,代表了21世纪电机技术的前沿发展方向。近年来,随着电力电子技术和数字信号处理器的不断发展,模型预测控制(Model predictive control,MPC)作为一种先进的控制策略,因其易于实施、闭环性能卓越以及能够有效处理非线性系统等优点而受到学者们的青睐,也在实际工程中得到了大量的应用。对于应用于PMSM的模型预测电流控制(Model predictive current control,MPCC)方法,预测模型中的电机参数不准确可能对控制性能产生有害影响,导致电机输出性能下降或出现其他问题。本文首先介绍了应用于PMSM的传统的MPCC方法,并分析了参数不匹配对MPCC方法产生的影响。为了降低该方法对电机参数的依赖性,本文在传统的单矢量MPCC基础上,从两个方面进行了研究:第一方面,在单矢量MPCC的基础上,本文设计了一种基于贝叶斯推断的无电机参数模型预测电流控制(Bayesian inference-based model predictive current control without motor parameter,BI-MPCC)策略,旨在降低预测模型对参数的依赖性。在一个控制周期内的每次迭代过程中,利用电感候选样本值和磁链候选样本值以及当前周期的采样电流,建立似然函数,通过贝叶斯推断求出电感候选样本值与磁链候选样本值的后验概率,随后,通过梅特罗波利斯-黑斯廷斯算法(Metropolis-Hastings,MH算法)选择出当前周期最优的电感与磁链值,并将其更新到电流预测模型中。针对于BI-MPCC方法结构复杂的问题,本文设计一种基于贝叶斯推断的增量式模型预测电流控制该控制(Bayesian inference-based incremental model predictive current control,BI-IMPCC)方法,引入了增量式的思想,消除q轴预测模型中的磁链参数,降低了程序的复杂程度,在提取电感参数的过程中,同时考虑到了两轴的电流差值。这两种策略中的预测模型不包含电机参数,因此不受电机参数失配的影响,最终,通过实验证实了这两种控制策略的有效性。第二方面,针对于贝叶斯推断方法使系统的计算负担重的问题,本文设计了一种改进的无电机参数模型预测电流控制(Motor parameter-independent improved model predictive current control method,I-MPCC)方法,在降低计算量的同时,准确提取出电机参数。该控制策略通过当前时刻预测电流与采样电流之间的差值构建出不包含电机参数的数学模型,通过直接计算的方式,提取d轴电感参数、q轴的电感参数与磁链参数,最后将提取出的两轴电感参数与磁链参数代入到电流预测模型中,替代模型中原有的不准确电机参数,从而构建新的预测模型。经过实验证明,所构建的预测模型在不使用电机参数的前提下表现出良好的控制性能。

关键词：永磁同步电机模型预测电流控制无电机参数预测模型直接计算法贝叶斯推断增量式

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永磁同步电机高性能预测控制技术研究

永磁同步电机高性能预测控制技术研究

作者：吴震北方工业大学

学位级别：硕士

随着新一代永磁材料的不断涌现,如铁氧体、钕铁硼等,极大地推动了永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)的发展。这些新型永磁材料具有高磁导率,高磁能积的优点,使得PMSM具有更强的性能和稳定性。在工业驱动、电力机... 详细信息

随着新一代永磁材料的不断涌现,如铁氧体、钕铁硼等,极大地推动了永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)的发展。这些新型永磁材料具有高磁导率,高磁能积的优点,使得PMSM具有更强的性能和稳定性。在工业驱动、电力机车、风电等众多领域,PMSM凭借高效能、控制精度高、成本低等优点,被广泛应用。此外,随着电力电子器件的更新换代,以及碳化硅器件的使用,各种电机的控制方法层出不穷。目前在实际应用中较为成熟的控制方法有直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)和磁场定向控制(Field-Oriented Control,FOC)。近年来,由于半导体芯片性能的快速提升,数字处理器能够执行更为复杂和冗长的算法,模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)因其实现简单、适应性强和可扩展性强的优点,被应用在PMSM的控制驱动中,逐渐成为电机控制领域的研究热点。虽然MPC策略拥有诸多的优点,但仍然需要进一步完善。对于怎样改善和提高MPC策略的控制性能,本文主要从两个部分进行了研究,一方面是降低MPC的开关频率和提升其稳态性能;另一方面是针对MPC存在的参数敏感性问题,提升其参数鲁棒性。首先,本文在常规MPC的基础上进行了改进。通过优化矢量的选择方式以及零矢量的选取来优化其开关频率,即从当前所选择的电压矢量的相邻矢量以及零矢量和其本身作为下一时刻的候选电压矢量,进而从候选电压矢量中选取最优矢量。由于候选电压矢量的开关状态和上一时刻所应用的最优矢量的开关状态不会发生太大的变化,相较于常规的MPC策略,系统的开关频率得以降低。本文通过仿真和实验验证了所构建方法的可行性。其次,为了进一步提升系统的稳态控制性能,引入虚拟电压矢量扩大电压矢量的选择范围,来改善其选择矢量的精度从而提升稳态性能。此外,对电压矢量的选择和发波顺序进行了优化以降低开关频率。实验结果表明,在不显著提升逆变器开关频率的情况下,系统的稳态性能得以提升。最后,为了降低常规MPC策略参数失配对于电机控制系统的影响,本文设计了一种强参数鲁棒性的方法。首先对电流预测模型进行了改进,模型仅保留电感参数,消除了磁链和电阻失配时对于电机控制系统的影响。然后通过对电流误差进行积分得到真实的电感信息,代入到改进的电流预测模型中进行修正以提升系统的参数鲁棒性。实验结果表明所设计的方法提升了参数鲁棒性,具有较好的控制性能。

关键词：永磁同步电机模型预测控制开关频率稳态性能参数鲁棒性

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开绕组永磁同步电机预测控制系统性能优化

开绕组永磁同步电机预测控制系统性能优化

作者：张涵北方工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机（Permanent magnet synchronous motor,PMSM）作为一种典型的交流电机,因其体积小、功率密度高和良好的运行性能等优点在工业控制中得到了广泛的应用。然而,在电动汽车、轨道牵引和航空航天等大功率、高压领域,由于直流母... 详细信息

永磁同步电机（Permanent magnet synchronous motor,PMSM）作为一种典型的交流电机,因其体积小、功率密度高和良好的运行性能等优点在工业控制中得到了广泛的应用。然而,在电动汽车、轨道牵引和航空航天等大功率、高压领域,由于直流母线电压及功率器件耐压的限制,传统单逆变器馈电的PMSM调速范围受限,且大容量逆变器设备不仅价格昂贵,其工作性能和可靠性方面也面临严峻的考验。为解决上述问题,由双逆变器驱动的开绕组永磁同步电机（Open-winding permanent magnet synchronous motor,OW-PMSM）被认为是大功率驱动系统的有效替代方案。作为一种新型拓扑结构,OW-PMSM近些年来得到了广泛的研究。根据供电方式的不同,OW-PMSM驱动拓扑可分为共直流母线型、隔离直流母线型以及混合电源型。相比于后两种拓扑结构,共直流母线型OW-PMSM具有结构简单、成本低的先天优势。本文将以共直流母线型OW-PMSM驱动系统为研究对象,运用模型预测控制（Model predictive control,MPC）思想,分别就抑制零序电流（Zero-sequence current,ZSC）、提升电流控制性能、降低开关频率等方面展开研究。首先,基于连续控制集模型预测控制（Continuous control set MPC,CCS-MPC）方法,从预测加调制的角度,设计了一种新颖的双边四段式模型预测电流控制（Model predictive current control,MPCC）策略。在该策略中,双逆变器分开控制,每个控制周期应用四个电压矢量以拟合αβ轴的参考电压,其中两个有源电压矢量作用于控制周期的中间以产生基础转矩;两个零电压矢量被分配到控制周期的开始和结束时交替作用,在该矢量优化排序下,双逆变器以控制频率一半的开关频率恒定运行。此外,基于ZSC无差拍闭环控制,优化两个零电压矢量的驻留时间以抑制零序分量。所设计的四段式MPCC策略采取级联结构,在确保αβ轴参考电压得以控制的情况下再予以ZSC抑制,无需求解复杂的三维立体参考电压的约束关系,简单且易于实施。其次,基于ZSC及共模电压（Common-mode voltage,CMV）抑制对传统无差拍预测电流控制（Deadbeat predictive current control,DPCC）方法进行改进,设计了一个权重因子重新分配双逆变器的参考电压,通过调制有源电压矢量产生的零序电压以抵消电机的三次谐波反电动势,系统的ZSC得以抑制。进一步摒弃零电压矢量u（111）/u（111）参与空间矢量脉宽调制（Space vector pulse width modulation,SVPWM）,双逆变器的开关频率可降低33%。此外,本文对该策略下双逆变器的零序电压调制范围进行了分析,求得了最大可调制零序电压和调制系数之间的关系,为实际工程应用建立了理论基础。所设计的改进DPCC策略抛弃了传统的αβ轴和0轴参考电压的先后逐级调制,将αβ0轴的参考电压矢量统一考虑,不需要额外的零序电压补偿,避免了零序电压调制不足的限制,可进一步降低双逆变器的CMV分量。最后,通过simulink仿真及实验平台验证了所设计的预测控制策略的可行性。

关键词：模型预测控制开绕组永磁同步电机零序电流

DNAzyme和片层纳米材料介导的荧光传感技术在铅离子检测中的应用研究

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DNAzyme和片层纳米材料介导的荧光传感技术在铅离子检测中的应用...

作者：宋慧妍吉林大学

学位级别：硕士

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轻量级的路面裂纹检测研究

轻量级的路面裂纹检测研究

作者：刘振乾黑龙江大学

学位级别：硕士

超宽带信道中偏振模色散的建模及其对光纤通信系统的影响

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超宽带信道中偏振模色散的建模及其对光纤通信系统的影响

作者：刘玲北京邮电大学

学位级别：硕士

随着互联网的高速发展,通信系统的数据呈现爆炸式增长,更快传输速率、更大传输容量的光纤通信系统是当下最迫切的需求。偏振模色散(PMD)被认为是未来高速光纤传输面临的最严重的阻碍之一。由于它随波长变化,并且以随机的方式随时间漂移... 详细信息

随着互联网的高速发展,通信系统的数据呈现爆炸式增长,更快传输速率、更大传输容量的光纤通信系统是当下最迫切的需求。偏振模色散(PMD)被认为是未来高速光纤传输面临的最严重的阻碍之一。由于它随波长变化,并且以随机的方式随时间漂移,因此特别难以补偿。通过给偏振模色散建立准确的信道模型,从而模拟光纤通信系统,给测试、评估以及优化补偿算法提供了很好的工具。在波分复用系统的传统50GHz窄带信道中,补偿低阶PMD模型。然而光纤技术的发展,波特率不断提高,实验室中最高符号率可以达到220GBaud,高波特率对应宽带信道。宽带信道中的偏振模色散演化更复杂,必须引入高阶PMD来处理其对光通信系统的影响。为了分析PMD对传输系统的损害,必须借助于统计,因此清楚地了解PMD的统计特性显然是很重要的。从时域和频域两个方面分析,PMD矢量在两个时刻和两个频点的相关性通过频域自相关函数和时域自相关函数刻画。频域自相关函数对于宽带和窄带的界限,有参考意义,时域自相关函数对于PMD的变化快慢有直接关系。论文完成的工作内容及创新点如下:(1)基于对偏振模色散基础理论的分析,提出PMD建模需满足的五个原则。(2)分析已有模型的不足,提出一个新的PMD级联模型,包含PMD时域和频域演化过程,反映PMD矢量的DGD谱和PSP谱。(3)利用新模型仿真信道损伤,通过琼斯传输矩阵法得到PMD概率密度分布及其时频域自相关函数,在统计特性方面验证模型的可行性以及是否能反映真实链路。(4)针对PMD引起输出偏振态旋转,级联模型中的衔接小段采用RSOP三参量演化和维纳演化,通过数学分析和仿真数据分析得到输出信号转速和信道中参数的数学关系。(5)将新模型在信道中的自相关函数和CMA算法补偿的失败概率结合起来,划分信道中的宽带和窄带,即低阶PMD的适用带宽和高阶PMD的适用带宽。

关键词：光通信系统高阶PMD PMD建模

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带式输送机煤流视觉检测与节能控制系统研究

带式输送机煤流视觉检测与节能控制系统研究

作者：窦猛中国矿业大学

学位级别：硕士

煤矿作为我国能源的主要来源,关乎国家的经济命脉与能源安全,带式输送机作为煤矿行业不可或缺的关键设备,在煤矿生产运输中发挥着至关重要的作用。随着煤矿运输系统的运输距离不断增长,带式输送机的功率不断增大,关于带式输送机节能运... 详细信息

煤矿作为我国能源的主要来源,关乎国家的经济命脉与能源安全,带式输送机作为煤矿行业不可或缺的关键设备,在煤矿生产运输中发挥着至关重要的作用。随着煤矿运输系统的运输距离不断增长,带式输送机的功率不断增大,关于带式输送机节能运行的研究也被提上日程,逐渐作为智慧矿山的重要组成部分。由于在煤炭开采过程中,工作面产煤量具有不均衡性,所以带式输送机上的运煤量是一个随时间变化的随机值,而电动机的运行速率和频率相对固定,运煤量和电动机不能进行实时匹配,从而导致电能的无效浪费,也加剧了带式输送机的机械磨损。因此本文利用视觉检测技术结合智能控制技术,设计了一种基于带式输送机煤流视觉检测与节能控制系统。本文的主要研究内容如下:针对带式输送机煤流视觉检测:首先阐述结构光法三角测距的理论基础,分析激光直射法和激光斜射法两种测距方法的特点,并采用三角测距原理建立体积测量模型,设计一套适合于带式输送机工作环境的图像获取装置完成目标图像采集。然后分析提取激光条纹中心的图像处理流程,研究图像预处理的各个步骤及关键技术,并分类讨论激光条纹中心线提取常用算法的原理及特点,提出通过形态学骨架法提取激光条纹中心线的方法,然后基于距离阈值结合线性插值法和三次B样条插值法对激光条纹进行断线拟合。最后按照上述方法获得带式输送机空载状态下和有载状态下激光条纹中心线,将这两条曲线进行联合得到一个封闭区域,该区域即为带式输送机煤流的横截面,并结合煤的密度和输送带运行速度计算煤流量,从而实现带式输送机煤流量的实时检测。针对带式输送机节能控制:分析带式输送机节能控制原理,论证了带速与功率的关系,在PLC控制基础上引入模糊控制理论来实现带式输送机的节能控制,根据实时煤流量计算期望带速,并与实际带速进行对比获得二者的偏差及偏差变化率,通过模糊推理与逆模糊化获得变频器的控制信号来调节电动机的频率和输出电压,实现带式输送机运行速度的自动调节。对模糊控制理论进行具体介绍,并借助MATLAB模糊工具箱,完成模糊控制器的设计,主要包括输入模糊化、建立模糊规则库、模糊推理、逆模糊化,最后进行仿真实验验证。最后,根据实验室现有条件设计和搭建了带式输送机实验平台用于实验研究,针对系统的实际需求设计带式输送机煤流视觉检测与节能控制系统软件平台的功能模块,并完成上位机软件界面的设计。该论文有图70幅,表13个,参考文献83篇。

关键词：带式输送机煤流检测图像处理节能控制

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永磁同步电机模型预测控制性能优化研究

永磁同步电机模型预测控制性能优化研究

作者：高旭北方工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(PMSM)因为其自身拥有结构简单可靠、功率密度和效率高等优势,作为当今学者研究的一大热门对象。现如今针对永磁同步电机的模型预测控制方法也逐渐成熟和多样,但对于永磁同步电机模型预测控制的性能来说,还有较多的优化空... 详细信息

永磁同步电机(PMSM)因为其自身拥有结构简单可靠、功率密度和效率高等优势,作为当今学者研究的一大热门对象。现如今针对永磁同步电机的模型预测控制方法也逐渐成熟和多样,但对于永磁同步电机模型预测控制的性能来说,还有较多的优化空间。本文针对永磁同步电机模型预测控制性能方面,分别对模型预测转矩控制方法、模型预测电流控制方法进行性能优化研究,从而改善永磁同步电机模型预测控制性能。首先,在模型预测转矩控制(MPTC)方面,研究了一种三级串联模型预测转矩控制方法,构建了三个独立的价值函数,其中将电磁转矩和磁链的预测模型从传统的一个控制周期外推到两个控制周期。由于该方法的三级串联结构同时考虑了电磁转矩和磁链在两个控制时刻的综合控制性能,因此在消去了复杂的权重系数的前提下优化了稳态控制性能,并且降低了逆变器的开关频率。其次,在模型预测电流控制(MPCC)方面,针对死区效应引起的电压误差和定子电流畸变的问题,介绍了一种死区电压矢量的判断方法,研究了一种基于死区电压矢量的改进单矢量模型预测电流控制方法。该方法可以充分利用死区电压矢量,综合考虑基本电压矢量与死区电压矢量的综合控制性能,经过优化的电压矢量寻优步骤,改善了系统的控制性能。再次,为了更加全面的优化模型预测电流控制的性能,本课题还研究了一种改进三矢量模型预测电流控制方法,通过特殊的四段式矢量排序方法降低了逆变器开关频率,同时结合死区电压矢量进行了基于无差拍原理和最小脉动理论的作用时间优化计算,改善了系统的稳态控制性能。最后,通过MATLA/Simulink以及dSPACE的MicroLabBox和PLECS的RT Box半实物仿真永磁同步电机实验平台,对以上研究的控制方法进行验证,结果证明了本课题优化研究的有效性。

关键词：永磁同步电机模型预测控制性能优化多步预测死区时间

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时空锁模激光器中周期加倍及混沌研究

时空锁模激光器中周期加倍及混沌研究

作者：范树政北京邮电大学

学位级别：硕士

锁模光纤激光器具有输出光束质量好、价格低廉、结构灵活、散热性好、对工作环境容忍度高等优点。此外锁模激光器还是研究非线性系统动态过程的理想平台。人们对传统的锁模单模光纤激光器进行了大量研究,但由于单模光纤中光功率受限,多... 详细信息

锁模光纤激光器具有输出光束质量好、价格低廉、结构灵活、散热性好、对工作环境容忍度高等优点。此外锁模激光器还是研究非线性系统动态过程的理想平台。人们对传统的锁模单模光纤激光器进行了大量研究,但由于单模光纤中光功率受限,多模光纤被引入到光纤激光器中。近年来人们借助于多模光纤激光腔实现了多横模参与的时空锁模,并在腔中发现了一些高维的非线性时空动态过程。与传统的多纵模锁模不同,时空锁模多模腔中众多横模与纵模被同时锁定。目前对于时空锁模激光器中的高维非线性动态过程的研究尚不充分,对于激光腔参数如何影响这些时空动态特性尚缺乏深入研究。本文采用理论分析、数值仿真与实验研究相结合的方法,对时空锁模多模光纤激光腔中的周期加倍至混沌这一典型非线性现象展开研究。这项研究有助于理解时空锁模多模激光器中复杂的时空动力学,并有助于发现高维非线性系统中新的动态过程。主要工作内容如下:1.对脉冲在多模光纤中传输受到的线性和非线性光学效应的综合作用进行了理论和仿真分析。尤其对渐变折射率多模光纤中光纤参数对空间光束自清洁现象的影响进行了研究,发现折射率分布参数对其影响最大,分析得出通过优化光纤折射率分布参数使模间色散趋于零时,可以促进自清洁效应的发生。2.完成了掺镱多模光纤激光器的实验搭建,基于非线性偏振旋转效应实现了中心波长1030nm波段的时空锁模。通过调节泵浦功率、波片状态和空间耦合等参数,发现了周期加倍至混沌的实验现象。通过空间采样等多种实验手段对该现象进行了测量与分析,并利用0-1测试手段对混沌状态进行了验证。实验中还发现了其他非线性动态过程,如三倍及多倍周期、多脉冲及多脉冲周期加倍等。3.根据实验腔结构构建了集总式数值仿真模型,实现了与实验结果大致相同的数值仿真结果,包括稳定锁模和通过增加泵浦功率实现周期加倍至混沌现象等。此外,通过改变增益光纤长度,实现了不同状态的周期加倍仿真结果。利用0-1测试,对仿真中出现了混沌现象进行了验证,表明不同的空间位置具有不同的非线性时空动力学。

关键词：时空锁模自清洁周期加倍混沌

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低参数敏感性永磁同步电机模型预测控制

低参数敏感性永磁同步电机模型预测控制

作者：王子维北方工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着稀土材料的开发与应用,使得永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)得到了较为快速的发展。PMSM凭借其能够实现高效率运行和具有的低损耗、高功率密度等特点,目前被广泛应用于电动汽车驱动领域和工业生产领... 详细信息

近年来,随着稀土材料的开发与应用,使得永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)得到了较为快速的发展。PMSM凭借其能够实现高效率运行和具有的低损耗、高功率密度等特点,目前被广泛应用于电动汽车驱动领域和工业生产领域。而对于应用在PMSM上的控制算法,目前较为成熟的控制算法有磁场定向控制(Field-oriented Control,FOC)和直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)。近年来,随着数字信号处理器(Digital Signal Processing,DSP)的飞速发展,模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)凭借其易于实现和其能够灵活包含非线性约束等特点,也逐渐被应用于PMSM驱动控制领域。以此,MPC算法愈发成为各国学者的研究热点。但是,MPC策略也存在着一定的不足,例如其具有较强的参数敏感性。当输入进预测模型中的参数与实际控制对象的参数不匹配时,MPC策略的控制效果也会变得不尽如人意。因此,针对如何降低MPC对模型参数所具有的较强的参数敏感性,本文将从两个方面进行研究。本文在传统单矢量模型预测电流控制的基础上提出了一种无磁链参数的简单单矢量模型预测电流控制策略,该控制策略主要针对预测模型中的电感和磁链参数进行优化矫正。该控制策略首先根据预测电流差值构建离散积分控制器对电感信息进行提取。之后,利用得到的电感信息对输入进模型中的电感参数进行参数矫正。进而,基于矫正后的准确电感值来计算出磁链参数值。最后,将矫正后的电感参数值和计算得到的磁链参数值代入到电流预测模型中,以此来构建出新的电流预测模型。经过本文设计的相关实验可以证明,所构建的无磁链参数的单矢量电流预测模型的控制策略可以有效地降低参数敏感性。为了进一步消除PMSM中电阻、电感和磁链参数对于单矢量模型预测电流控制效果的影响,本文设计了一种无电机参数的单矢量模型预测电流控制策略。首先,该控制策略构建了一个没有任何电机参数的电流预测模型,在新的电流预测模型中只包含有电流差和电压差。再者,本文针对所构建的新的电流预测模型中所包含的电流差和电压差分别对电流预测结果产生的影响也进行了相关的分析。其次,考虑到构建的电流预测模型中的电流差和电压差属于不同的量纲,本文还设计了相关的平衡系数来平衡其对电流预测结果的影响。在相关平衡系数设计的过程中,本文利用预测电流差值来构建离散积分控制器来实现对平衡系数的实时矫正。最后,相关的实物实验也证明了本文所设计的无电机参数的单矢量模型预测电流控制策略的有效性。

关键词：永磁同步电机参数敏感性模型预测控制离散积分控制器