控制策略，基于多参数规划思想离线求解约束条件下的最优化控制问题，以分段仿射函数的形式保存，在线运行中通过查询当前状态量组合所在分区，获取对应的最优控制量。在保证MPC优异性能的前提下，解决了在线求解算力消耗大的问题，通过仿真与实验验证了算法的有效性及优越性。

　　在新世纪‘双碳’国家能源战略大背景下，我国的电动汽车产业发展已经进入到了一个崭新的阶段，汽车产业“电动化、智能化、网联化、共享化”对电驱系统提出了更高要求。

　　以PI控制算法为代表的无模型控制算法鲁棒性和适用性较强，但仍然存在一些问题：如增益系数通常只在特定的工作区内表现优异，前馈交叉解耦等策略影响到系统的动态性能，控制量的选择没有考虑到系统的约束条件等。基于最优化控制理论的MPC算法以其先进的寻优策略和对约束条件的直接处理能力，为高性能电机控制提供了一种更为有效的解决方案，对于推动电动汽车产业的发展具有重要意义。

　　连续集MPC算法作为一种针对多输入多输出、具有复杂约束条件的非线性动态系统的有效控制策略，理论上具有较大的应用潜力，但受限于有约束寻优问题对算力的巨大需求，尚未有效应用于电机控制领域。本文提出的EMPC算法克服了这一问题，相较于传统的PI算法，在保证高精度控制的同时，实现了更快的响应速度及更平稳的动态过程，对于提高电动汽车整体性能和效率具有重要意义。

　　对于有约束有限时间尺度最优化控制（Constrained FiniteTimeOptimal Control, CFTOC）问题，基于运筹学中的多参数规划理论将其转化为多参数二次规划问题，离线计算在不同状态分区下的CFTOC问题最优解，在线控制算法基于状态当前值确定所属临界分区从而得到对应的仿射控制律，作用到系统完成控制，EMPC实现逻辑如图1所示。

　　基于磁场定向控制（Field Oriented Control,FOC）策略沿用级联控制结构分别实现EMPC电流及转速内外环控制，电机控制框图如图2所示。电流环、转速环分别构建EMPC，分段仿射函数对应的临界分区如图3所示，采用SVPWM策略完成电机控制。

　　搭建了基于TI公司TMS320F2838d作为主控芯片的实验平台进行实验验证，实验平台如图4所示，两台电机对拖，分别工作在电流环、转速环模式进行考核，实验数据如图5-图6所示。

　　本文针对高性能永磁同步电机控制提出一种级联式EMPC算法，以电流及转速跟踪目标为代价函数，通过离线求解有约束问题的最优解，以分段仿射函数的显式表达存储于多面体临界分区中，解决了传统MPC在线求解时算力需求大的问题；基于多参数规划思想完成系统线性化建模，消除了电机系统环路之间的耦合项及非线性转速项带来的扰动；在模型中加入非线性积分环节，普适性地解决了各类模型失配带来的影响；相较于PI控制，EMPC算法的高带宽特性使其具有更快的动态响应速度及谐波抑制能力。

　　中国科学院电工研究所高功率密度电气驱动及电动汽车技术研究部成立于1997年，研究部主任为温旭辉研究员，主要研究方向为电力电子与电力传动，定位于高功率密度发电/驱动系统技术及其在电动汽车等电气化交通工具中的应用，自“九五”以来，科研成果在超过60万套国产电驱系统产品中得到应用，“十三五”期间研发的SiC功率密度和效率达到国际先进水平，被评为“十三五”新能源汽车专项重大科技创新成果。

　　该工作发表论文的通讯作者为范涛博士。范涛博士是中国科学院电工研究所研究员，研究部副主任，博士生导师，中国科学院特聘研究员核心岗位，国际电气和电子工程师协会（IEEE）高级会员，中国科学院青年创新促进会会员，中国电工技术学会电动车辆专委会委员，中国电源学会电气化交通专委会委员，“十四五”国家重点研发计划项目负责人，“十三五”国家重点研发计划课题负责人。

　　范涛研究员主要从事高性能电机控制、电机及其系统健康管理、高密度电力电子变换和特种电机分析与设计研究。作为项目负责人承担并完成了10余项国家、中科院和地方的科研攻关项目，获2022年度军队技术发明一等奖，2021年电工技术学会科学技术一等奖，2019年电源学会一等奖，2016年ICEMS大会最佳论文奖，EVS34最佳论文奖。带领团队在我国电动汽车电气驱动技术发展方面起到了引领作用，在新能源汽车电驱系统方面发表学术论文80余篇，专著1本，SCI他引782次，获得国家发明专利授权10余项。

　　本工作成果发表在2023年第22期《电工技术学报》，论文标题为“高性能永磁同步电机显式模型预测控制算法研究”。本课题得到国家重点研发计划项目的支持。