机器人关节用 SPMSM 无差拍扩展有限集模型预测转矩控制

微特电机 ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (9): 57-62.

机器人关节用 SPMSM 无差拍扩展有限集模型预测转矩控制

吴天阳¹,淡淑恒¹,王栋博²,孔佑辰²

1. 上海电力大学电气工程学院,上海 201306;2. 国网江苏省电力公司,南京 210000

出版日期:2026-09-28 发布日期:2026-09-28

Deadbeat-Extended Finite-Set Model Predictive Torque Control of SPMSM for Robotic Joint Applications

WU Tianyang¹,DAN Shuheng¹,WANG Dongbo²,KONG Youchen²

1. School of Electrical Engineering,Shanghai University of Electric Power,Shanghai 201306,China;2. State Grid Jiangsu Electric Power Co. ,Ltd. ,Nanjing 210000,China

Online:2026-09-28 Published:2026-09-28

摘要/Abstract

摘要：

机器人关节电机需要具备高瞬时爆发转矩输出、低转矩脉动和良好动态响应性能。表贴式永磁同步电机(surface-mounted permanent magnet synchronous motor, SPMSM) 凭借高转矩密度、低转矩脉动等优点,被广泛应用于关节驱动系统。针对传统有限集模型预测转矩控制中转矩脉动较大、爆发转矩输出受限及实时性不足等问题,提出改进扩展有限集模型预测转矩控制方法,并结合无差拍预测快速估算参考电压矢量。仿真结果表明,该方法可有效降低转矩脉动,提升瞬时爆发转矩输出能力和动态响应性能。

关键词: 机器人关节电机, 永磁同步电机, 无差拍预测, 扩展有限集, 模型预测转矩控制

Abstract:

Robot joint motors are required to deliver high instantaneous burst torque, low torque ripple, and good dynamic response performance. Owing to their high torque density and low torque ripple,surface-mounted permanent magnet synchronous motor ( SPMSM) is widely used in joint drive systems. To address the problems of large torque ripple,limited burst torque output,and insufficient real-time performance in conventional finite-control-set model predictive torque control,this paper proposes an improved extended finite-control-set model predictive torque control method. A deadbeat prediction strategy is also introduced to rapidly estimate the reference voltage vector. Simulation results show that the proposed method can effectively reduce torque ripple while improving instantaneous burst torque capability and dynamic response performance.

Key words: robot joint motor, permanent magnet synchronous motor, deadbeat estimation, extended finite set, model predictive torque control

中图分类号:

TM351

吴天阳, 淡淑恒, 王栋博, 孔佑辰. 机器人关节用 SPMSM 无差拍扩展有限集模型预测转矩控制[J]. 微特电机, 2026, 54(9): 57-62.

WU Tianyang, DAN Shuheng, WANG Dongbo, KONG Youchen. Deadbeat-Extended Finite-Set Model Predictive Torque Control of SPMSM for Robotic Joint Applications[J]. Small & Special Electrical Machines, 2026, 54(9): 57-62.

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