间接矩阵变换器是一种直接型交流-交流变换器，其拓扑结构与传统双PWM交-直-交变换器相似，但无中间储能元件，具有输入/输出电流正弦、输入功率因数任意可调、能量双向流动、功率密度高等特点，非常适用于驱动交流电机，并应用在军事、航空航天、交通和其他工业领域。

模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）是一种典型的预测控制方法，具有控制思想简单、动态性能优良等优点，且易于实现多个非线性约束下的多目标优化，近年来逐渐应用于各类电力电子变换器及电机传动系统，包括间接矩阵变换器。

• 文献[6]针对间接矩阵变换器-异步电机调速系统提出了模型预测转矩控制和磁链控制方法，较好地实现了对转矩和磁链跟踪控制，但是该方法会在输入滤波器中产生谐振，影响系统性能。
• 文献[7]针对间接矩阵变换器-异步电机调速系统利用模型预测电流控制方法和有源阻尼方法相结合，可以显著抑制滤波器谐振产生的谐波。
• 文献[8]提出了双电流控制策略，可以消除控制器中的权重系数，且网侧性能优良，但该方法只适用于阻感负载。

由于目前采用的模型预测控制策略均基于有限状态集，即有限个开关状态，且采用数字控制系统控制频率受限，使得每个采样周期内的变换器输出电压矢量有限且幅值非连续可调，因此在电机中低速区域运行时，输入输出不匹配，有限个输出电压矢量均与目标参考差异较大，将会使得输出电流波形明显畸变，并进而严重影响网侧电流波形质量。

本文提出了一种优化模型预测控制方法。在矩阵变换器的逆变级电路中插入零矢量开关状态，即在每个采样周期中均采用双开关状态组合，分别对应电压有效矢量和零矢量，在此基础上重新建立预测模型和品质优化函数，求取最优的开关状态组合及其各自的占空比大小，从而降低网侧和输出电流谐波。同时利用插入的零矢量开关状态实现整流级电路双向开关的零电流换相。

图10 间接矩阵变换器-异步电机调速系统实验平台

总结

本文针对IMC-IM系统提出了一种优化模型预测控制方法，仿真和实验结果表明：

• 1）采用该方法实现了网侧电流波形正弦和网侧功率因数接近于1。
• 2）采用该方法可实现调速系统良好的稳态和动态性能。
• 3）所提方法可实现零电流换相，换相过程简单安全可靠。
• 4）与传统的MPC方法相比，该方法可改善矩阵变换器网侧电流和输出电流波形质量，且在中低速运行时，效果更显著。