一種基於卡爾曼濾波的定子永磁型記憶電機調磁方法與流程
2023-09-23 02:25:05 1
本發明涉及一種基於卡爾曼濾波的定子永磁型記憶電機調磁方法，屬於電機驅動和在線調磁控制技術領域。
背景技術：
定子永磁型記憶電機調磁脈衝決定了磁化狀態可調永磁體磁鏈的大小，進而影響驅動和在線調磁協同控制的系統的整體性能。因而，如何獲得較為精確的調磁脈衝成為記憶電機能否高性能運行的關鍵。目前，調磁脈衝定量控制方法是應用於定子永磁型記憶電機閉環調磁控制的一種方法。該方法可實現調磁脈衝的雙向定量控制，但在反饋控制過程中，測量噪聲和控制噪聲降低了PI控制器的控制精度，使控制器參數難以自動調整，當幹擾嚴重時，較差的調磁脈衝波形無法滿足驅動和在線調磁控制要求。
技術實現要素：
發明目的：針對上述現有技術的不足，提出一種基於卡爾曼濾波的定子永磁型記憶電機調磁方法，能很好地抑制系統測量噪聲和控制噪聲，改善調磁脈衝輸出波形。
技術方案：一種基於卡爾曼濾波的定子永磁型記憶電機調磁方法，包括如下步驟：
1)採用傳感器採集濾波電容兩端電壓u0，調磁繞組脈衝i0及流過濾波電感電流iL；
2)根據基爾霍夫定律可得電壓電流的關係為：
式中，C0為濾波電容容值，R0和L0分別為調磁繞組等效電阻和電感值；
3)當以u0和i0為狀態變量，iL為輸入量時，狀態方程如下：
式中：為狀態變量的一階導數，x(t)＝[i0(t),u0(t)]T，w(t)和v(t)分別為控制噪聲和測量噪聲矢量，矩陣A、B、C分別為
C＝[1,0]
4)當採樣周期為T時，對矩陣A、B、C進行離散化處理，離散後由A1、B1、C1表示：
5)離散化的卡爾曼狀態方程為
式中，x(k)＝[i0(k),u0(k)]T，y(k)＝i0(k)；
6)經過步驟1)～5)所述的卡爾曼濾波後，可得到不受控制噪聲和測量噪聲影響的調磁脈衝i0，i0與給定調磁脈衝的偏差經PI調節器處理後得到信號ε分為兩路，一路與三角波載波信號比較後產生驅動信號η，η經過符號判斷和死區設置後得到驅動信號η1；另一路經第一比較器判斷信號ε的偏差方向後得到輸出邏輯值λ，λ經過邏輯「非」得到邏輯值所述邏輯值λ與η1經第一乘法運算得λη1，所述邏輯值與η1經第二乘法運算得
7)給定調磁脈衝經過第二比較器得到的邏輯值γ與所述λη1經第一邏輯「與」後得到驅動信號g1和g4控制單相全橋逆變器的功率管V1和V4的通斷，而所述邏輯值γ與經第二邏輯「與」後得到驅動信號g2和g3控制單相全橋逆變器的功率管V2和V3的通斷。
有益效果：本發明的一種基於卡爾曼濾波的定子永磁型記憶電機調磁方法具有如下優點：
1.可以有效抑制控制噪聲和測量噪聲對控制系統的影響，改善調磁脈衝波形，提高調磁脈衝精度；
2.卡爾曼濾波器通過前一時刻狀態值預測當前估計值，提高了調磁脈衝的動態跟隨性能。
附圖說明
圖1為一種基於卡爾曼濾波的定子永磁型記憶電機調磁方法控制系統框圖；
圖2為正向調磁時給定調磁脈衝和跟蹤調磁脈衝偏差的仿真波形；
圖3為反向調磁時給定調磁脈衝和跟蹤調磁脈衝偏差的仿真波形。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做更進一步的解釋。
如圖1所示，一種基於卡爾曼濾波的定子永磁型記憶電機調磁方法，其調磁結構包括輸出電壓為ud的直流電源，直流電壓輸出連接單相全橋逆變器的輸入端，單相全橋逆變器的輸出經LC濾波電路連接到定子永磁型記憶電機的調磁繞組。
一種基於卡爾曼濾波的定子永磁型記憶電機調磁方法，包括如下步驟：
1)採用傳感器採集濾波電容兩端電壓u0，調磁繞組脈衝i0及流過濾波電感電流iL；
2)根據基爾霍夫定律可得電壓電流的關係為：
式中，C0為濾波電容容值，R0和L0分別為調磁繞組等效電阻和電感值；
3)當以u0和i0為狀態變量，iL為輸入量時，狀態方程如下：
式中：為狀態變量的一階導數，x(t)＝[i0(t),u0(t)]T，w(t)和v(t)分別為控制噪聲和測量噪聲矢量，矩陣A、B、C分別為
C＝[1,0]
4)當採樣周期為T時，對矩陣A、B、C進行離散化處理，離散後由A1、B1、C1表示：
5)離散化的卡爾曼狀態方程為
式中，x(k)＝[i0(k),u0(k)]T，y(k)＝i0(k)；
6)經過步驟1)～5)所述的卡爾曼濾波後，可得到不受控制噪聲和測量噪聲影響的調磁脈衝i0，i0與給定調磁脈衝的偏差經PI調節器處理後得到信號ε分為兩路，一路與三角波載波信號比較後產生驅動信號η，η經過符號判斷和死區設置後得到驅動信號η1；另一路經第一比較器判斷信號ε的偏差方向後得到輸出邏輯值λ，λ經過邏輯「非」得到邏輯值所述邏輯值λ與η1經第一乘法運算得λη1，所述邏輯值與η1經第二乘法運算得
7)給定調磁脈衝經過第二比較器得到的邏輯值γ與所述λη1經第一邏輯「與」後得到驅動信號g1和g4控制單相全橋逆變器的功率管V1和V4的通斷，而所述邏輯值γ與經第二邏輯「與」後得到驅動信號g2和g3控制單相全橋逆變器的功率管V2和V3的通斷。
利用Matlab/Simulink仿真軟體搭建了一種基於卡爾曼濾波的定子永磁型記憶電機調磁方法，圖2和圖3分別給出正反向調磁時給定調磁脈衝和跟蹤調磁脈衝偏差的仿真波形。由圖2和圖3可知，本發明實現了調磁脈衝較為精確的控制，有利於提高定子永磁型記憶電機的調磁效果。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。