1.4 本书主要内容

第1章讨论了本书内容的研究背景及意义，并对永磁同步电机及其控制的重要性进行了介绍；随后简要概述了目前常用的永磁同步电机的高性能电机控制策略，并对矢量控制、直接转矩控制和模型预测控制进行了简述；最后介绍了本书的主要内容。

第2章介绍了永磁同步电机在ABC三相静止坐标系，αβ轴静止坐标系和dq轴旋转坐标系下的数学模型，包括电压方程、磁链方程、转矩方程与运动方程等。同时将三种不同坐标系下数学模型间的相互转化矩阵进行了推导，为后文对于模型的分析以及控制算法的原理解释提供了模型基础。

第3章介绍了应用于永磁同步电机的传统模型预测控制方法。首先对模型预测电流控制的基本原理进行了介绍并给出了仿真结果；其次介绍了模型预测转矩控制方法并进行了仿真与实验的验证，为后文提出的新方法提供了基础。

第4章介绍了鲁棒模型预测控制方法。首先对预测模型中电阻、磁链和电感参数失配或参数变化对模型预测控制性能的影响进行了分析，以此为基础，分别提出了增量式模型鲁棒模型预测控制、基于电流预测误差的鲁棒模型预测控制和基于参数扰动估计的鲁棒模型预测控制三类方法，以解决模型预测控制对模型参数的强依赖性，最后进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验证明所提出的几种方案均能够显著提高模型预测控制系统的参数鲁棒性。

第5章对模型预测电压控制方法进行了介绍。首先从理论上分析了模型预测电流控制与基于电流无差拍原理的模型预测电压控制的关系，并指出了两者的等价关系；在此基础上，基于转矩磁链无差拍提出了一种能够消除转矩与磁链权重系数的模型预测电压控制方法，并推广到双矢量预测控制中。最后对传统方法和所提出的方法进行了仿真和实验验证，仿真和实验结果证明了所提方法无需权重即可实现较好的转矩与磁链控制。

第6章介绍了直接速度模型预测控制方法（DSC）。首先给出了常规直接速度模型预测控制方案，指出其代价函数中包含了较多的权重系数，导致系数设计与调整较为复杂，为了避免过多的权重设计，提出一种基于直接电压选择的直接速度模型预测控制方法（MP-DSC），可实现对速度的直接控制。在此基础上，设计了滑模扰动观测器对系统扰动进行整体观测并补偿，实现了强鲁棒直接速度模型预测控制。本章通过仿真与实验验证了直接速度模型预测控制方案的有效性。

第7章介绍了可变死区时间的新型MPC思想。其打破了传统MPC中死区时间固定的默认规则，将死区作用效果等效为可在线优化作用时间的电压矢量，从而提高了MPC的控制自由度。首先，分析了MPC中存在的死区效应，并介绍了死区电压矢量的判断规则；其次，在线计算和分配每个控制周期的死区持续时间，通过代价函数选择出最优的电压矢量组合；最后，将选择出的电压矢量组合和它们对应的作用时间按照顺序施加于电机，实验结果表明在不增加开关频率的条件下可有效地提升系统稳态性能。

第8章对多级串联模型预测控制方案进行了介绍。首先，将某一个电压矢量的电流轨迹外推到多个控制周期，这能有效减少控制周期之间的电压切换。然后，通过多个预测时刻的代价函数评估此电压矢量在多个控制周期的控制效果，选择出能够使整个预测范围整体最优的电压矢量作为最优矢量。最后，通过实验能够验证该方法具有很好的控制效果，同时可有效地降低逆变器的开关频率。