融合随机开关频率与低共模电压矢量的永磁同步电机模型预测控制研究

融合随机开关频率与低共模电压矢量的永磁同步电机模型预测控制研究

摘要

永磁同步电机驱动系统中，脉冲宽度调制产生的传导干扰与电流谐波之间存在固有的权衡关系。本文提出一种融合改进PWM与模型预测控制的协同优化策略，针对随机开关频率技术抑制传导干扰、低共模电压矢量合成、以及谐波抑制三个维度进行联合设计。首先，分析随机开关频率对传导干扰频谱的扩散效应，建立考虑负载特性的PMSM数学模型；其次，设计低共模电压矢量合成方案，在抑制共模电压的同时保证直流母线电压利用率；在此基础上，提出基于强化学习的智能协同优化框架，动态调整开关频率与矢量组合，实现传导干扰与谐波抑制的多目标最优权衡；最后，构建自适应MPC双闭环控制系统，使驱动系统能够适应复杂负载工况下的非线性与波动特征。仿真与实验结果表明，所提方法在保证动态响应性能的前提下，有效抑制传导干扰，降低电流总谐波失真，验证了协同优化策略的有效性。

关键词：永磁同步电机；模型预测控制；随机开关频率；低共模电压；谐波抑制；强化学习

1. 引言

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度和良好的动态性能，在电动汽车、航空航天、工业伺服等领域得到广泛应用。然而，PMSM驱动系统中的脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）过程会产生高频共模电压（Common-Mode Voltage, CMV）和传导干扰（Electromagnetic Interference, EMI），导致电机轴承腐蚀、漏电流增加，并影响周围电气设备的正