一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法，方法包括相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)建模與微粒群優(yōu)化模型參數(shù)，利用轉(zhuǎn)子位置的非線性預(yù)測(cè)模型，估計(jì)轉(zhuǎn)子位置角，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)，克服了傳統(tǒng)智能檢測(cè)方法中由于模型復(fù)雜而導(dǎo)致的決策時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)，具有泛化能力好、在線計(jì)算時(shí)間短、預(yù)測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)，適合于開關(guān)磁阻電機(jī)全速度運(yùn)行范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置快速自檢測(cè)。
【專利說明】—種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于特種電力傳動(dòng)與信息科學(xué)交叉的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)磁阻電機(jī)因其效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在牽引運(yùn)輸、航空工業(yè)、采礦紡織等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。開關(guān)磁阻電機(jī)采用位置閉環(huán)控制，一般通過安裝位置傳感器直接測(cè)量轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，但機(jī)械式傳感器不僅提高了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，還影響了整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，尤其是在高速運(yùn)行階段。
[0003]目前對(duì)于開關(guān)磁阻電機(jī)，已有很多文獻(xiàn)提出了轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)方法，如電壓脈沖注入法、電感模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、支持向量機(jī)法等。其中，電壓脈沖法在電機(jī)低速運(yùn)行區(qū)域可實(shí)現(xiàn)無位置傳感控制，但產(chǎn)生的負(fù)轉(zhuǎn)矩降低了電機(jī)效率，增加了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；電感模型法易實(shí)現(xiàn)，但由于開關(guān)磁阻電機(jī)強(qiáng)非線性的電磁特性，難以獲得精確的電感模型，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置角的檢測(cè)精度較低；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN)和支持向量機(jī)(SVM)方法是通過建立轉(zhuǎn)子位置的“黑箱”模型來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，但是這兩種方法隨著樣本規(guī)模的增加，模型參數(shù)(如NN的隱含節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、SVM的支持向量個(gè)數(shù))逐漸增多、模型結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜、在線決策時(shí)間逐漸變長(zhǎng)，這些缺點(diǎn)導(dǎo)致NN、SVM算法僅能實(shí)現(xiàn)低速開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)，而難以滿足開關(guān)磁阻電機(jī)中高速運(yùn)行階段的實(shí)時(shí)性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法在電機(jī)中高速運(yùn)行時(shí)檢測(cè)精度與實(shí)時(shí)性較低的難題，提出了一種適用于開關(guān)磁阻電機(jī)全速運(yùn)行范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案依次具有如下步驟:I)通過開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行采樣，獲取學(xué)習(xí)樣本，其中相電流i和轉(zhuǎn)子位置Θ可通過傳感器直接檢測(cè)，磁鏈Ψ可通過電壓u和相電流i間接檢測(cè)；2)以磁鏈Ψ和電流i作為輸入變量、轉(zhuǎn)子位置Θ作為輸出變量，采用Matlab軟件訓(xùn)練相關(guān)向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)，獲得相關(guān)向量，建立轉(zhuǎn)子位置Θ的相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型；3)以相關(guān)向量機(jī)模型中的最優(yōu)核函數(shù)參數(shù)δ 2為優(yōu)化變量，利用微粒群的全局搜索能力獲得S2的最優(yōu)值，并將其帶入相關(guān)向量機(jī)模型，最終獲得經(jīng)優(yōu)化的相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型；4)通過傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)相電流i和電壓U，在DSP中計(jì)算磁鏈Ψ，并將相電流i和磁鏈Ψ輸入優(yōu)化相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型，獲得該時(shí)刻的轉(zhuǎn)子位置Θ，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的自檢測(cè)。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:
[0007]1.利用相關(guān)向量機(jī)建立的開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置預(yù)測(cè)模型，其模型參數(shù)個(gè)數(shù)隨樣本規(guī)模的增大而增加的速度較慢，模型簡(jiǎn)單，決策時(shí)間短，尤其適合開關(guān)磁阻電機(jī)中高速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)。[0008]2.利用微粒群的全局搜索能力優(yōu)化相關(guān)向量機(jī)的核函數(shù)參數(shù)，算法收斂快、規(guī)則簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，經(jīng)優(yōu)化的相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型能夠較好地反映開關(guān)磁阻電機(jī)的非線性特性，模型泛化能力較好、預(yù)測(cè)精度較高。
[0009]3.微粒群優(yōu)化相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)算法可移植性強(qiáng)，適用于更為一般性的電機(jī)非線性建模與轉(zhuǎn)子位置快速檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1:基于優(yōu)化相關(guān)向量機(jī)的開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)框圖；
[0011]圖2:轉(zhuǎn)子位置的微粒群優(yōu)化相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型結(jié)構(gòu)；
[0012]圖3:微粒群優(yōu)化相關(guān)向量機(jī)的算法流程。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明實(shí)施分為三個(gè)部分，第一部分為通過開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采樣獲取學(xué)習(xí)樣本，第二部分為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的微粒群優(yōu)化相關(guān)向量機(jī)離線預(yù)測(cè)模型的建立，第三部分為通過檢測(cè)相電流與相電壓實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角，具體如下:
[0014]步驟1:通過開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)采樣，獲取訓(xùn)練與測(cè)試樣本。對(duì)相電流1、電壓U、轉(zhuǎn)子位置Θ進(jìn)行采樣,并根據(jù)ψ」00 = ψ」(1?-1)+0.5T[Uj(k)-rij(k)+Uj(k-l)-rij(k-l)]獲得磁鏈Ψ」；其中，Ψ j (k), Vj (k-1)分別為第k次采樣時(shí)刻與第k-1次采樣時(shí)刻的磁鏈計(jì)算值，Uj (k)、Uj (k-1)、Ij (k)、Ij (k-1)分別為第k次采樣時(shí)刻和第k-Ι次采樣時(shí)刻的電壓、電流檢測(cè)值，T為采樣時(shí)間，r為相繞組電阻。為了保證樣本數(shù)據(jù)覆蓋電機(jī)磁鏈的非線性特性，結(jié)合電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的過載系數(shù)，確定繞組電流測(cè)試范圍為OA~20A。測(cè)試獲得500組樣本集，采用小數(shù)定標(biāo)規(guī)范化處理方法將樣本數(shù)據(jù)歸一化，選擇其中300組作為訓(xùn)練樣本集，用于離線訓(xùn)練轉(zhuǎn)子位置的優(yōu)化相關(guān)向量機(jī)模型，選擇另外200組作為測(cè)試樣本集，用于測(cè)試所建模型的精度。
[0015]步驟2:將采樣與計(jì)算獲得的
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟: 1)通過開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行采樣，獲取學(xué)習(xí)樣本，包括訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集，其中相電流i和轉(zhuǎn)子位置Θ通過傳感器直接檢測(cè)，磁鏈Ψ通過電壓u和相電流i間接檢測(cè)； 2)以磁鏈Ψ和電流i作為輸入變量、轉(zhuǎn)子位置Θ作為輸出變量，采用Matlab軟件訓(xùn)練相關(guān)向量機(jī)，獲得相關(guān)向量，建立轉(zhuǎn)子位置Θ的相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型； 3)以相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型中的最優(yōu)核函數(shù)參數(shù)S2為優(yōu)化變量，利用微粒群的全局搜索能力獲得S2的最優(yōu)值，并將其帶入相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型，最終獲得經(jīng)優(yōu)化的相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型； 4)通過傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)相電流i和電壓U，計(jì)算磁鏈Ψ，并將相電流i和磁鏈Ψ輸入經(jīng)優(yōu)化的相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型，獲得該時(shí)刻的轉(zhuǎn)子位置Θ，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的自檢測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟I)具體為:對(duì)電壓U、電流i與轉(zhuǎn)子位置Θ進(jìn)行采樣，獲得若干組樣本集，采用小數(shù)定標(biāo)規(guī)范化處理方法將樣本數(shù)據(jù)歸一化，選擇其中若干組作為訓(xùn)練樣本集，用于離線訓(xùn)練轉(zhuǎn)子位置Θ的相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型，選擇另外若干組作為測(cè)試樣本集，用于測(cè)試所建模型的精度；根據(jù) ψ」00 = ψ」(1?-1)+0.5T[Uj(k)-rij(k)+Uj(k-l)-rij(k-l)]計(jì)算磁鏈 Ψ,其中，k 為采樣個(gè)數(shù)且k=l，2，...，Vj(k), Vj(k-1)分別為第k次采樣時(shí)刻與第k-Ι次采樣時(shí)刻的磁鏈計(jì)算值，Uj (k)、Uj (k-1)、Ij (k)、Ij (k-1)分別為第k次采樣時(shí)刻和第k-Ι次采樣時(shí)刻的電壓、電流檢測(cè)值，Ψ (O) =u (O) =i(0)=0, T為采樣時(shí)間，r為相繞組電阻。
3.如權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟2)具體為:將采樣與計(jì)算獲得的作為輸入變量，轉(zhuǎn)子位置Θ作為輸
出變量，利用
4.如權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟3)具體包括如下步驟: 1)初始化微粒群算法的相關(guān)參數(shù)，包括微粒個(gè)數(shù)η、搜索空間維數(shù)d、最大迭代次數(shù)kmax、慣性權(quán)重《、學(xué)習(xí)因子C1和c2、S 2的搜索空間與迭代初值，導(dǎo)入訓(xùn)練樣本，對(duì)相關(guān)向量機(jī)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練； 2)導(dǎo)入預(yù)測(cè)樣本，根據(jù)步驟I)計(jì)算獲得的δ2與訓(xùn)練樣本一起對(duì)相關(guān)向量機(jī)進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲得相關(guān)向量機(jī)模型預(yù)測(cè)輸出值Gi，計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)
【文檔編號(hào)】H02P6/18GK103633903SQ201310651790
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】項(xiàng)倩雯, 吉敬華, 嵇小輔, 康梅 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)