風(fēng)力,、光伏,、電動汽車等新能源領(lǐng)域帶動了傳統(tǒng)接觸器的發(fā)展，亦給電磁系統(tǒng)交流或開環(huán)整流勵磁的接觸器帶來挑戰(zhàn),，即在電壓波動范圍大（額定電壓的1±50%,，甚至完全斷電）、存在強(qiáng)外部擾動的新能源領(lǐng)域難以實際應(yīng)用,?；陔姶畔到y(tǒng)閉環(huán)控制的智能接觸器在一定程度上能夠不受電信號擾動及自身參數(shù)攝動的影響，獲得良好的動靜態(tài)性能,，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注,。

電磁系統(tǒng)閉環(huán)控制分為線圈電壓反饋和電流反饋兩種驅(qū)動方式。線圈電壓反饋的作用效果嚴(yán)重滯后于接觸器勵磁狀態(tài)的改變,，難以實現(xiàn)動態(tài)過程的最優(yōu)控制,；而電流反饋驅(qū)動下的線圈勵磁響應(yīng)速度快，綜合性能更好,，具有電磁系統(tǒng)交直流通用,、寬工作電壓、彈跳抑制等優(yōu)點,，在100 A以上的大容量接觸器中具有高性價比,，ABB、羅克韋爾等國外企業(yè)陸續(xù)推出具有線圈電流閉環(huán)功能的智能接觸器取代其旗下的傳統(tǒng)電磁接觸器,。

線圈電流反饋環(huán)路是電磁系統(tǒng)閉環(huán)控制最直接的環(huán)節(jié),，目前典型的線圈電流反饋驅(qū)動主要包括非線性的斬波控制（也叫開關(guān)控制）或滯環(huán)控制、線性的比例積分控制（Proportional Integral, PI）,。其中,，斬波控制方法簡單，電磁系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快,，但開關(guān)頻率不固定,，造成線圈電流諧波分布廣，難以濾波消除,，產(chǎn)生高頻噪音,；比例積分控制能夠固定開關(guān)頻率，但在接觸器起動到保持過程中PI參數(shù)整定工作量大,，參數(shù)不匹配會引起線圈電流振蕩和靜態(tài)電流誤差,。隨著數(shù)字處理器性能的提高,，使得一個電流周期內(nèi)能夠完成更加復(fù)雜的計算，出現(xiàn)如模糊控制,、位移控制等智能算法。

綜上所述,，具有電流反饋的閉環(huán)控制方式使接觸器能夠適應(yīng)新能源領(lǐng)域中大幅度電壓波動,，但引入電流紋波、諧波,、靜態(tài)電流誤差等問題,；新能源領(lǐng)域中的強(qiáng)外部擾動，如安裝于風(fēng)機(jī),、車載的接觸器受到強(qiáng)度,、方向隨機(jī)出現(xiàn)的振動，車輛起動,、制動過程接觸器運動部件的慣性沖擊以及風(fēng)機(jī)低電壓穿越后變頻器輸出數(shù)倍額定電流帶來的觸頭電動斥力沖擊,，均給接觸器的吸持穩(wěn)定性提出更高的要求。

改變接觸器在振動環(huán)境的安裝方向,、提高吸持電流設(shè)定,，在一定范圍內(nèi)不失為可行的措施,。但擾動的不確定性增加了吸持電流的調(diào)試難度,，盲目提高吸持電流會帶來吸持功耗大、線圈溫升高等系列問題,，電磁系統(tǒng)的設(shè)計難度增加,；改變接觸器的安裝方向只能應(yīng)對單一方向的沖擊擾動,，局限性大。

現(xiàn)有方法均是在觸頭空載時的抗振性測試,，無法同時考慮觸頭帶載后沖擊電流帶來的電動斥力,，需依賴技術(shù)人員的經(jīng)驗在各種工況下反復(fù)調(diào)試參數(shù)。

近年來,，自抗擾控制,、預(yù)測控制等先進(jìn)的控制理論在電力電子變流器、電機(jī)控制中得到了成功的應(yīng)用,。預(yù)測控制具有系統(tǒng)預(yù)測模型,、反饋校正和滾動優(yōu)化的特點，選擇評估函數(shù)最小從而實現(xiàn)最優(yōu)控制,。自抗擾控制則充分考慮不確定的系統(tǒng)擾動影響,，在控制器設(shè)計中加入擾動補(bǔ)償，提高控制系統(tǒng)的抗擾動性能,。

本文將自抗擾模型預(yù)測控制引入基于線圈電流閉環(huán)的電磁接觸器,，提高其吸持穩(wěn)定性和自適應(yīng)能力：考慮線圈電感變化引起的感應(yīng)電動勢,，建立適用于接觸器的線圈電流無差拍模型，預(yù)測下一周期的線圈電流,，解決數(shù)字處理器存在的差拍現(xiàn)象,。

差拍現(xiàn)象是數(shù)字控制存在的共性問題，即當(dāng)前計算的占空比在下一個開關(guān)周期實現(xiàn),，控制作用始終延時一拍,，是引起吸持電流紋波、諧波,、穩(wěn)態(tài)誤差的主要原因之一,；推導(dǎo)證明鐵心運動引起電流斜率的異常變化，揭示零線圈電壓下鐵心分?jǐn)嗨俣扰c線圈電流上升斜率呈正向關(guān)系,，間接建立觸頭與電磁系統(tǒng)的電氣聯(lián)系,，作為預(yù)測控制的鐵心運動反饋外環(huán)，無需添加額外的硬件,，不影響接觸器的正常工作,，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)線圈電流參考值，實時應(yīng)對機(jī)械沖擊擾動,；采用二次型評價函數(shù),，進(jìn)行逐周期的滾動優(yōu)化和反饋校正，求解局部最優(yōu)的占空比及開關(guān)調(diào)制函數(shù),，在擾動狀態(tài)下自動進(jìn)入零開關(guān)函數(shù)進(jìn)行電流斜率異常觀測,。

本文所提控制策略采用數(shù)字編程實現(xiàn)，降低了對硬件性能的要求,，使電磁接觸器具有自適應(yīng)的抗機(jī)械沖擊擾動能力,。

圖1  線圈驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2  自抗擾電流模型預(yù)測控制策略結(jié)構(gòu)框圖