完整教程：永磁同步电机谐波抑制算法（13）——传统预测控制与传统谐波抑制的碰撞

1.背景

在我谐波抑制专题中，收藏量比较高的是多同步旋转坐标系变换的方法，也是企业里用的比较多的一种方法，毕竟它的原理非常简单易懂。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/673773182

25年五月份刚出炉的一篇文献）：就是不过之前也没有想到将这种算法和预测控制相结合。今天恰好看到一篇文献（

X. Zhang and T. Yuan, "Model Predictive Current Control With Specific Harmonic Suppression for PMSM Drives," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, doi: 10.1109/TIE.2025.3559954.

2.文章的轻松介绍

文章所提算法的框图如下：

比较简单的。我们先看看传统多同步旋转坐标系手段的框图：就是算法的框图还

参考文献：[1]廖勇,甄帅,刘刃,等.用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动[J].中国电机工程学报,2011,31(21):119-127.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2011.21.017.

上面那篇TIE的框图，可以理解为：把传统多同步旋转坐标系方法的电流环PI控制器都换成的预测电流控制模块，该预测电流控制模块可以用各种预测电流控制（无差拍预测电流控制、无模型预测电流控制、单矢量预测电流控制等等）。

PS：文章中用的是单矢量模型预测控制，我这里就不用单矢量预测控制了，个人感觉单矢量预测控制的谐波太大。无模型预测电流控制就是我这里用的。

3.仿真验证

仿真参数如下（死区时间设置为3us）：

Pn = 5;%电机极对数

Ls = 2e-3;%定子电感，采用隐极的，Ld=Lq=Ls

Rs = 0.62;%定子电阻

flux = 0.0672;%永磁体磁链

Vdc=270;%直流母线电压

iqmax=20;%额定电流

Tdead = 30e-7;%死区时间

J = 1.7e-3;%转动惯量

B = 3e-4;%阻尼系数

仿真工况设置如下：

0.1s突加负载，0.2s开始实行谐波电流抑制。

3.1 1000r/min下的谐波抑制效果验证

基波dq坐标系下的dq电流如下图所示：

电机的主要波形如下：

同步旋转坐标系下的5、7次谐波电流的dq电流分量变化如下图所示。

（1）在0.1s之前，由于电机完全空载所以5、7次谐波电流的dq电流分量id5、iq5、id7、iq7都基本为0；

（2）0.1s时突加负载电流，此时由于逆变器非线性的影响，电机会出现五七次谐波相电流，所以5、7次谐波电流的dq电流分量id5、iq5、id7、iq7开始有所变化；

（3）由于0.2s开始施加谐波电流抑制算法，因而5、7次谐波电流的dq电流分量id5、iq5、id7、iq7开始减小，最终减小到0并稳定于0.

相电流FFT的对比：

谐波抑制前：

谐波抑制后：

3.2 2000r/min下的谐波抑制效果验证

基波dq坐标系下的dq电流如下图所示：

电机的主导波形如下：

同步旋转坐标系下的5、7次谐波电流的dq电流分量变化如下图所示。

（1）在0.1s之前，由于电机完全空载所以5、7次谐波电流的dq电流分量id5、iq5、id7、iq7都基本为0；

（2）0.1s时突加负载电流，此时由于逆变器非线性的影响，电机会出现五七次谐波相电流，因而5、7次谐波电流的dq电流分量id5、iq5、id7、iq7开始有所变化；

（3）由于0.2s开始施加谐波电流抑制算法，因此5、7次谐波电流的dq电流分量id5、iq5、id7、iq7开始减小，最终减小到0并稳定于0.

相电流FFT的对比：

谐波抑制前：

谐波抑制后：

3.3 2000r/min（半载）下的谐波抑制效果验证

下面把电机负载减为原来的一半。

基波dq坐标系下的dq电流如下图所示：

电机的主要波形如下：

同步旋转坐标系下的5、7次谐波电流的dq电流分量变化如下图所示。

（1）在0.1s之前，由于电机完全空载所以5、7次谐波电流的dq电流分量id5、iq5、id7、iq7都基本为0；

（2）0.1s时突加负载电流，此时由于逆变器非线性的影响，电机会出现五七次谐波相电流，所以5、7次谐波电流的dq电流分量id5、iq5、id7、iq7开始有所变化；

（3）由于0.2s开始施加谐波电流抑制算法，于是5、7次谐波电流的dq电流分量id5、iq5、id7、iq7开始减小，最终减小到0并稳定于0.

相电流FFT的对比：

谐波抑制前：

谐波抑制后：

4.总结

该算法把传统预测电流控制与传统谐波抑制算法相结合，同样达成了优异的谐波电流抑制效果。上述仿真结果表明，该算法在不同转速、不同负载条件下都可以有效抑制谐波电流。