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复现论文：有限控制集模型预测直接转矩控制用于PMSM驱动系统——第二部分：弱磁运行

摘要

本报告完整复现了Preindl和Bolognani提出的有限控制集模型预测直接转矩控制（MP-DTC）策略，并重点扩展至永磁同步电机（PMSM）的弱磁运行区域。MP-DTC利用电压源逆变器（VSI）的离散开关状态，在每个采样周期内预测未来系统行为，并通过成本函数选择最优电压矢量。本文详细阐述了PMSM数学模型、预测控制设计、成本函数各组成部分（转矩跟踪、MTPA吸引区、电流/电压/MTPV限制）以及针对弱磁运行的成本函数修正和吸引区切换逻辑。提供了完整的MATLAB仿真代码，包括主程序、预测模型、成本计算、开关状态选择以及结果可视化。仿真结果验证了控制器在恒转矩区、恒功率区1、恒功率区2和降功率区的有效运行，展示了速度阶跃响应、状态轨迹和电流质量。

关键词：模型预测控制，直接转矩控制，有限控制集，永磁同步电机，弱磁运行，MTPA，MTPV

1. 引言

模型预测控制（MPC）作为一种先进控制策略，能够自然处理多变量、非线性及系统约束。在电力电子与电机驱动领域，有限控制集MPC（FCS-MPC）直接利用逆变器的离散开关状态，无需调制器，具有动态响应快、实现灵活等优点。然而，传统MPC在高功率应用中面临开关频率高、电流质量差等问题。文献[1]提出的MP-DTC通过限制每次采样周期内开关动作次数（仅允许单个桥臂切换），有效降低了开关频率，同时保持了良好的转矩和电流品质。

对于需要过速能力的应用（如牵引、发电），必须实现弱磁运行。经典弱