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導(dǎo)語(yǔ)

高精度先驗(yàn)?zāi)Ｐ褪腔谀Ｐ涂刂扑惴ǖ暮诵幕A(chǔ)與性能保障。但永磁同步電機(jī)在參數(shù)動(dòng)態(tài)變化工況下，模型精度難以維持。無(wú)模型預(yù)測(cè)滑模控制通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型突破先驗(yàn)物理模型限制。但其性能高度依賴采樣數(shù)據(jù)質(zhì)量，特別是數(shù)據(jù)停滯及其負(fù)面影響會(huì)顯著惡化數(shù)據(jù)模型精度和系統(tǒng)控制性能。

針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院海西研究院泉州裝備制造研究中心（電機(jī)驅(qū)動(dòng)與功率電子國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心）的汪鳳翔、魏堯，聯(lián)合福州大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)，在2026年第41卷第2期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出一種基于陷波抗停滯的永磁同步電機(jī)無(wú)模型預(yù)測(cè)電流滑模控制方法。通過(guò)設(shè)計(jì)陷波結(jié)構(gòu)分離數(shù)據(jù)無(wú)效成分并產(chǎn)生強(qiáng)制梯度，有效減少停滯發(fā)生的可能性并緩解停滯效應(yīng)造成的不良影響，同時(shí)融合預(yù)測(cè)和滑模成分實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使永磁同步電機(jī)系統(tǒng)獲得高精度數(shù)據(jù)模型和高品質(zhì)控制性能。

研究背景

隨著高端裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，永磁同步電機(jī)因其高效率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車、工業(yè)機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，永磁同步電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，對(duì)控制性能的要求日益嚴(yán)苛。滑模控制在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨模型依賴性限制。無(wú)模型預(yù)測(cè)滑模控制策略通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模擺脫物理模型約束，顯著提升系統(tǒng)魯棒性和適應(yīng)性，但其建模過(guò)程對(duì)采樣數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高，數(shù)據(jù)停滯現(xiàn)象及其引發(fā)的停滯效應(yīng)已成為制約該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。

論文所解決的問(wèn)題及意義

鑒于采樣數(shù)據(jù)無(wú)效成分在強(qiáng)制數(shù)據(jù)梯度生成中的潛在價(jià)值，本文提出一種基于陷波抗停滯的永磁同步電機(jī)無(wú)模型預(yù)測(cè)電流滑模控制方法（圖1）。與現(xiàn)有抗停滯方法不同，該方法核心在于設(shè)計(jì)一種針對(duì)特定頻段的陷波結(jié)構(gòu)，從采樣數(shù)據(jù)中分離無(wú)效成分。在檢測(cè)到停滯跡象時(shí)，將這些成分重新反向注入采樣數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)梯度，降低停滯的發(fā)生概率及其負(fù)面影響，確保數(shù)據(jù)模型與系統(tǒng)狀態(tài)的高度適配。該方法不僅在原理上區(qū)別于現(xiàn)有的增加更新頻率思路，在實(shí)現(xiàn)方式上也不同于頻繁更新模型，而是通過(guò)調(diào)整數(shù)據(jù)成分解決問(wèn)題。

圖1 基于陷波抗停滯的無(wú)模型預(yù)測(cè)電流滑模控制結(jié)構(gòu)圖

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

1、陷波抗停滯機(jī)制

由于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型是對(duì)被控對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)描述，控制策略產(chǎn)生的諧波成分無(wú)益于模型精度提升，即無(wú)效成分。本文針對(duì)采樣數(shù)據(jù)停滯問(wèn)題，設(shè)計(jì)陷波結(jié)構(gòu)，提取由控制策略產(chǎn)生的特定頻段諧波，并反向注入采樣數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)梯度，在確保數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型精度的前提下，減少停滯發(fā)生的可能性并緩解停滯效應(yīng)。

圖2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及停滯發(fā)生次數(shù)比較

圖3 預(yù)測(cè)誤差比較

2、預(yù)測(cè)與滑模成分融合控制

結(jié)合預(yù)測(cè)和滑模成分，并設(shè)計(jì)非奇異快速滑模面，確保方法可達(dá)性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)變量的快速收斂和穩(wěn)定控制，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

圖4 電流質(zhì)量比較

3、完全數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)及強(qiáng)魯棒

提出方法整個(gè)控制過(guò)程完全數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，無(wú)需任何物理模型信息參與，三相電流呈圓形分布，運(yùn)行性能基本不受參數(shù)失配影響，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)魯棒性。

圖5 魯棒性比較

結(jié)論

1）針對(duì)無(wú)模型預(yù)測(cè)滑模控制中采樣數(shù)據(jù)停滯及停滯效應(yīng)問(wèn)題，提出方法設(shè)計(jì)陷波抗停滯機(jī)制，巧妙識(shí)別并利用采樣數(shù)據(jù)中的無(wú)效部分。通過(guò)陷波結(jié)構(gòu)部分提取無(wú)效成分，在發(fā)生停滯時(shí)，反相注入至采樣數(shù)據(jù)，主動(dòng)激發(fā)數(shù)據(jù)梯度，從而有效降低停滯現(xiàn)象的發(fā)生概率，提升控制模型的適配性。

2）策略實(shí)施后，相比傳統(tǒng)方法，該方法有效減少停滯發(fā)生次數(shù)，提高電流質(zhì)量和預(yù)測(cè)精度。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，相電流總諧波畸變率均值降低約4.61%至6.74%，預(yù)測(cè)誤差均值改進(jìn)約4.58%至10.47%。

3）提出方法表現(xiàn)出強(qiáng)魯棒性，在參數(shù)失配條件下仍能保持穩(wěn)定良好的控制性能，為永磁同步電機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的高性能控制提供新的思路與解決方案。

團(tuán)隊(duì)介紹

電機(jī)驅(qū)動(dòng)與功率電子國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心依托中國(guó)科學(xué)院海西研究院泉州裝備制造研究中心，圍繞“電池、電機(jī)、電控”等開(kāi)展理論創(chuàng)新及技術(shù)突破，應(yīng)用于新能源汽車、低空飛行器、人形機(jī)器人、高端機(jī)械裝備等領(lǐng)域，助推福建省乃至國(guó)家相關(guān)行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

中心建有一支科研實(shí)力較強(qiáng)、工程化技術(shù)過(guò)硬的研究隊(duì)伍，入選國(guó)家和省市各類高層次人才、IET Fellow、 IEEE高級(jí)會(huì)員等，累計(jì)100余人，并擁有“控制科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科學(xué)術(shù)型博士點(diǎn)及碩士點(diǎn)”。

汪鳳翔

研究員、博士生導(dǎo)師，國(guó)家級(jí)青年人才。博士畢業(yè)于德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)電氣工程系，現(xiàn)任中國(guó)科學(xué)院海西研究院泉州裝備制造研究中心主任、書(shū)記，泉州裝備制造研究所所長(zhǎng)。牽頭創(chuàng)建“電機(jī)驅(qū)動(dòng)與功率電子國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心”并擔(dān)任主任及首席科學(xué)家。入選第五批福建省百人計(jì)劃、福建省百千萬(wàn)人才工程等，榮獲2024 年度福建省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（1/10）、第十一屆中國(guó)電源學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（3/8）、第十六屆福建省青年科技獎(jiǎng)、第十一屆紫金科技創(chuàng)新獎(jiǎng)等。兼任IET Fellow、IEEE 高級(jí)會(huì)員、IEEE TIE 及TEC Associate Editor。主持20 余項(xiàng)國(guó)家及地方重大科技項(xiàng)目，發(fā)表EI/SCI創(chuàng)新論文210 余篇，多次獲得IEEE Transactions 及IEEE 權(quán)威國(guó)際會(huì)議Best Paper Award，多次受邀擔(dān)任IEEE 國(guó)際會(huì)議重要職務(wù)，包括第五屆IEEE PRECEDE 大會(huì)主席等。連續(xù)多年入選美國(guó)斯坦福大學(xué)和愛(ài)思唯爾全球前2% 頂尖科學(xué)家榜單及終身影響力榜單。主要研究方向包括電力電子與電力傳動(dòng)、先進(jìn)控制等。

魏堯

副研究員、碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榻涣麟姍C(jī)伺服系統(tǒng)及先進(jìn)控制。

本工作成果發(fā)表在2025年第2期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于陷波抗停滯的永磁同步電機(jī)無(wú)模型預(yù)測(cè)電流滑模控制“。本課題為國(guó)家自然科學(xué)基金和福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目。

引用本文

魏堯, 付俊榮, 王高林, 汪鳳翔. 基于陷波抗停滯的永磁同步電機(jī)無(wú)模型預(yù)測(cè)電流滑模控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2026, 41(2): 475-486. Wei Yao, Fu Junrong, Wang Gaolin, Wang Fengxiang. Notch Anti-Stagnation Based Model-Free Predictive Current Sliding Mode Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Drives. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(2): 475-486.

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