Modellprädiktive Drehzahlregelung mit dynamischem Sollwert für den elektrischen Antrieb einer Permanentmagnet-Synchronmaschine

In diesem Beitrag wird ein verbessertes Modellprädiktives Regelverfahren mit endlicher Regelmenge (FCS-MPC) für elektrische Antriebssysteme vorgestellt. Bei der herkömmlichen FCS-MPC erfolgt die Drehzahlregelung über eine PI-basierte Außenregelung und eine MPC-basierte Innenregelung. Diese Struktur schwächt den „ Funktionen “ der schnellen dynamischen Reaktion, der durch die modellprädiktive Regelung erzielt wird. In der vorgeschlagenen FCS-MPC wird eine dynamische Referenz eingeführt, um anstelle der PI-basierten äußeren Regelschleife eine ganzheitliche FCS-MPC zu formulieren. Diese neue Struktur verleiht dem System die Funktionen einer kürzeren Einschwingzeit und eines Überschwingverhaltens von Null. Darüber hinaus werden diese Leistungsmerkmale durch eine neuartige Auslegungsvariable angepasst, die als „Sollwert-Vorhersagehorizont“ bezeichnet wird und in der dynamischen Sollwertvorgabe definiert ist. Die Leistung des vorgeschlagenen FCS-MPC mit dynamischer Sollwertvorgabe wird sowohl in Simulationen als auch in Experimenten analysiert und verifiziert. Ein 2-kW-Prototyp eines elektrischen Antriebs für eine Permanentmagnet-Synchronmaschine wurde vollständig entwickelt, und die experimentellen Ergebnisse belegten die Machbarkeit der vorgeschlagenen Methode.