奖项类别

科技进步奖（技术开发类）

主要完成单位

华北电力大学，北方工业大学，佛山大学，奥克斯空调股份有限公司，深圳市锐钜科技有限公司

主要完成人

张永昌，刘家利，杨海涛，张旭，李发顺，王璇，毕磊，蒋涛，王兴，覃华山

项目亮点

本项目从“控制架构革新、参数鲁棒性强化、运行效率提升”三个维度攻克了传统变频家电极端工况适应性差、噪音与振动大、无传感器运行条件下节能效果打折等关键技术瓶颈，为低成本、轻量化、高效率、低噪音高端家电变频驱动系统的设计和应用提供了有力技术支撑。

项目介绍

白色家用电器是我国制造业出口的支柱产业，年出口额超千亿美元，占全球市场份额50%-80%，对稳外贸、促就业、拉动经济增长具有重要战略意义。高端家电的核心壁垒之一在于高性能变频控制技术。变频技术通过精准调节电机转速，直接决定家电产品的节能效果、噪音与使用寿命，是高端化竞争的关键。突破“卡脖子”的变频驱动技术，不仅关乎千亿级出口市场的附加值提升，更是打破技术依附、重塑全球产业链话语权的战略必争之地。

实现家电更高能效、更低噪音与更强环境适应能力必须解决如下关键技术瓶颈：1）稳态控制精度与动态响应速度不足，制约了系统在恶劣工况下的稳定运行能力；2）电机参数受温度、老化等因素影响而时变，导致电机运行噪音与振动显著；3）位置观测精度不足造成系统效率下降，节能效果打折。项目团队历经十余年攻坚，系统攻克了这些制约家电变频性能提升的共性难题，主要创新如下：

1、提出无权重多矢量模型预测控制(MPC)框架，攻克高动态极限负荷运行难题。在单周期内合成施加多个最优电压矢量，高温重载等极限工况下降低50%以上转矩脉动，无需权重系数整定并降低算力需求。

2、提出强鲁棒MPC，突破参数容错性技术瓶颈。发明了强鲁棒MPC方案，使系统在±100%电感参数偏差下仍保持较高控制精度，解决了参数变化导致的电机运行噪音与振动问题。

3、提出无位置传感器拍频抑制方案，实现效率提升与低成本驱动。设计基于功率电流控制的拍频抑制策略，电流波动率降至5%；开发先进无位置观测器，估算误差≤1%，硬件成本降低20%，支撑低成本、高效率、轻量化变频家电设计。

研究成果得到国内外多个院士和IEEE Fellow的正面评价，以中国工程院院士为组长的鉴定委员会认为“项目取得了具有原创性的技术成果”，“整体达到国际领先水平”。项目组获授权发明专利33项，出版国内首部关于交流电机MPC的著作《感应电机模型预测控制》等专著2部，出版译著2部，发表SCI/EI论文76篇，先后入选11篇ESI高被引论文和3篇ESI热点论文，获得国内外学术论文奖10次，培养了IEEE Fellow、IET Fellow、万人青拔、中国高被引学者、北京市高创计划领军人才、北京市高层次留学人才、博士后创新人才支持计划等一批科技领军人才。项目成果在家电变频领域应用，近三年新增销售额34.97亿，新增利润7.14亿，相关产品运行稳定、客户反映良好，经济效益和社会效益显著。

项目图片

完成单位介绍及对项目的贡献

(1) 华北电力大学：教育部直属全国重点大学，“双一流”建设高校，本项目的牵头完成单位，主要贡献包括：1）为华北电力大学和奥克斯空调股份有限公司的产学研合作项目提供管理和咨询服务；2）为本项目核心技术成果应用于奥克斯空调股份有限公司的变频空调产品提供人力、物力和财力等支持条件；3）依托华北电力大学技术转移中心对本项目的成果进行宣传和推广。

(2) 北方工业大学：北京市“一带一路”国家人才培养基地，工程学学科进入ESI全球排名前1%，主要贡献包括：为国家自然科学基金项目《异步电机无速度传感器模型预测控制关键技术研究》、《低载波比下永磁同步电机定采样点变步长预测转矩控制》以及北京市自然基金项目《低载波比永磁同步电机多模式模型预测开关序列控制》的申请立项、项目执行、经费管理和结题提供人力、物力和财力等支持条件。

(3) 佛山大学：广东省重点建设高校，本项目的重要参与单位，与华北电力大学张永昌教授团在电机控制领域合作多年，围绕家电变频领域开展关键技术联合攻关；同时，与深圳市锐矩科技有限公司深化产学研融合，共同推进技术研发与成果转化。佛山大学的深度参与，有力推动了本项目关键技术的研发进程与产业化落地，为项目最终实现显著的经济效益和社会效益奠定了坚实基础。

(4) 奥克斯空调股份有限公司：中国空调行业前三品牌，杭州第19届亚运会官方空调独家供应商。通过与华北电力大学的“无位置传感器永磁同步电机的控制方法”等产学研项目合作，为项目研究成果在变频空调中的应用提供测试条件和人力物力支持，并负责空调产品的销售和推广应用，与华北电力大学合作获得中国轻工业联合会鉴定证书。

(5) 深圳市锐钜科技有限公司：国家级高新技术企业、专精特新小巨人企业，主营工业控制器、家用电器控制器、汽车电子控制器等产品的研发与生产。为本项目提供了关键的实验测试平台和产业化支持。具体贡献如下：提供高性能变频器、电机驱动系统及整机测试环境；积极协助项目核心技术在终端产品的应用落地；通过将项目成果应用于其终端产品，显著提升了产品的能效水平、运行稳定性和动态响应性能，降低了能耗与噪音，增强了市场竞争力。

(6) 合肥视研电子科技有限公司：主要从事生活家电类电控和显控板卡的研发与生产，合肥视研电子科技有限公司通过与华北电力大学的产学研项目合作，为项目研究成果在变频空调中的应用提供测试条件和人力物力支持，并负责空调产品的销售和推广应用，与华北电力大学合作获得了中国电工技术学会鉴定证书。

第一完成人简介

张永昌 教授

华北电力大学

张永昌，男，教授，博士生导师，IEEE/IET Fellow。入选国家级青年人才计划、爱思唯尔中国高被引学者、北京市高创计划领军人才、北京市长城学者、北京市科技新星，享受国务院政府特殊津贴。担任中国电工技术学会理事、中国电源学会变频专委会副主任、北京电力电子学会理事和青工委主任、IEEE TEC/TIA/JESTPE等7本国际期刊的编委/副编辑。近年来出版专著2部、译著3部，发表第一/通讯作者SCI论文73篇（IEEE汇刊61篇），先后有11篇入选ESI论文，3篇入选ESI热点论文。主持国家重点研发计划课题1项、国家自然科学基金3项（已优秀结题2项）、北京市科技专项6项以及多项横向课题，作为第一完成人获得获得北京市自然科学奖、重庆市自然科学奖、中国产学研合作创新奖、IET期刊最佳论文奖和多个国际会议最佳论文奖等奖励。