[發(fā)明專利]一種基于變步長(zhǎng)LMS算法的永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010114800.1
• 申請(qǐng)日: 2020-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN111313773A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 游林儒;梁百泉;文小琴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P6/34
• 分類號(hào): H02P6/34;H02P21/00;H02P21/14
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.一種基于變步長(zhǎng)LMS算法的永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)構(gòu)建Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)，采用變步長(zhǎng)LMS算法對(duì)Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)的權(quán)值進(jìn)行更新，給定步長(zhǎng)的變化規(guī)律；

2)考慮逆變器非線性因素，構(gòu)建永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的離散域數(shù)學(xué)模型，結(jié)合步驟1)中Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)的辨識(shí)原理，簡(jiǎn)化永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的離散域數(shù)學(xué)模型，得到分別用于迭代計(jì)算電機(jī)定子電阻、電感、轉(zhuǎn)子磁鏈的辨識(shí)方程；

3)由步驟2)得到的電機(jī)定子電阻、電感、轉(zhuǎn)子磁鏈的辨識(shí)方程計(jì)算得到Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)的各個(gè)矢量，構(gòu)建基于變步長(zhǎng)LMS算法的參數(shù)辨識(shí)器，用于辨識(shí)電機(jī)定子電阻、電感、轉(zhuǎn)子磁鏈的值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變步長(zhǎng)LMS算法的永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于：在步驟1)中，所述Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)稱為自適應(yīng)線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)，其輸入和輸出關(guān)系如下式：

y＝wx＝∑w_ix_i (1)

式中：x、y、w分別是自適應(yīng)線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)的輸入、輸出和權(quán)值，w_i、x_i分別是權(quán)值和輸入的第i個(gè)分量；在該自適應(yīng)線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)中，采用LMS算法進(jìn)行迭代更新權(quán)值，更新公式如下：

式中：x(k)是在第k時(shí)刻的輸入信號(hào)矢量；e(k)是第k次采樣的誤差信號(hào)；d(k)是第k次采樣的期望輸出；w(k)是第k次采樣的權(quán)值；μ(k)是第k次迭代時(shí)的步長(zhǎng)；x^T(k)為輸入信號(hào)x(k)的轉(zhuǎn)置矩陣；

所述步長(zhǎng)的變化規(guī)律是指μ(k)與瞬時(shí)誤差e(k)的平方建立對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，使步長(zhǎng)μ(k)隨著瞬時(shí)誤差e(k)的減小而變小，步長(zhǎng)僅與當(dāng)前的穩(wěn)態(tài)誤差存在函數(shù)關(guān)系，避免步長(zhǎng)受到迭代誤差的累積影響；基于上述變步長(zhǎng)LMS算法構(gòu)建Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)方程為：

式中：w(k+1)是k+1時(shí)刻的權(quán)值；a和b是能夠調(diào)整的系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變步長(zhǎng)LMS算法的永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于：在步驟2)中，所述考慮逆變器非線性因素是指忽略表貼式永磁同步電機(jī)的磁飽和以及鐵損耗，所述Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)的辨識(shí)原理是指分別將電機(jī)定子電阻、電感、轉(zhuǎn)子磁鏈作為Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)的權(quán)值矢量進(jìn)行迭代計(jì)算；所述電機(jī)定子電阻、電感、轉(zhuǎn)子磁鏈的辨識(shí)方程由以下步驟求得：

2.1)永磁同步電機(jī)在d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓方程為：

式中：u_d、u_q分別是定子電壓的d、q軸分量；i_d、i_q分別是定子電流的d、q軸分量；R為定子電阻；L_s為電機(jī)電感；ω為電機(jī)的電角速度；Ψ_m為轉(zhuǎn)子磁鏈幅值；

2.2)在考慮逆變器非線性因素時(shí)，式(4)的穩(wěn)定離散域方程為：

其中，

式中：V_dead為考慮逆變器非線性因素的等效補(bǔ)償電壓；k為采樣次數(shù)；u_d(k)、u_q(k)和i_d(k)、i_q(k)分別為第k次采樣得到d、q軸電壓和電流；θ為轉(zhuǎn)子位置；i_as、i_bs、i_cs為電機(jī)三相電流；D_d(k)函數(shù)是均值為0的6次諧波；D_q(k)是含有直流分量的6次諧波；ω(k)第k次采樣的電角速度；函數(shù)sgn(i)的定義為：

電機(jī)在起動(dòng)到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的短時(shí)間階段，定子電阻不會(huì)發(fā)生大變化，即轉(zhuǎn)速為0時(shí)，注入d軸電流實(shí)現(xiàn)定子電阻初步辨識(shí)；

2.3)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為0時(shí)，即ω＝0，注入d軸電流，式(5)簡(jiǎn)化為：

式中：u_d0(k)、u_q0(k)和i_d0(k)、i_q0(k)分別為電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下第k次采樣得到d、q軸電壓和電流；對(duì)式(8)進(jìn)行變換，消除誤差電壓得到：

u_d0(k)D_q(k)-u_q0(k)D_d(k)＝Ri_d(k)D_q(k)-Ri_q0(k)D_d(k) (9)

定子電阻通過式(9)進(jìn)行初步辨識(shí)；

2.4)在i_d＝0的控制策略下，式(5)簡(jiǎn)化為：

對(duì)式(10)中的第一個(gè)方程進(jìn)行平均得到：

式中：分別是u_d(k)、ω(k)、i_q(k)經(jīng)過濾波后的直流分量；D_d(k)是均值為0的6次諧波；式(11)中不含誤差電壓且其未知參數(shù)只有L_s，即式(11)作為電感的辨識(shí)方程；

2.5)對(duì)式(10)中第二個(gè)方程進(jìn)行變換，消除誤差電壓得到：

u_d(k)D_q(k)-u_q(k)D_d(k)＝-L_sω(k)i_q(k)D_q(k)-Ri_q(k)D_d(k)-ψ_mω(k)D_d(k) (12)

式(12)中的電機(jī)定子電阻R通過電機(jī)靜止時(shí)電流注入的方式辨識(shí)得到，電感L_s通過式(11)辨識(shí)方程得到，即式(12)作為轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈ψ_m的辨識(shí)方程。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變步長(zhǎng)LMS算法的永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于：在步驟3)中，所述Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)的各個(gè)矢量分別指的是輸入矢量、輸出矢量、期望輸出矢量和權(quán)值矢量；構(gòu)建基于變步長(zhǎng)LMS算法的參數(shù)辨識(shí)器，用于辨識(shí)電機(jī)定子電阻、電感、轉(zhuǎn)子磁鏈的值，包括以下步驟：

3.1)由式u_d0(k)D_q0(k)-u_q0(k)D_d(k)＝Ri_d0(k)D_q(k)-Ri_q0(k)D_d(k)得，電機(jī)定子電阻R的初步辨識(shí)器為：

式中：k表示采樣次數(shù)；u_d0(k)、u_q0(k)和i_d0(k)、i_q0(k)分別為電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下第k次采樣得到d、q軸電壓和電流；D_d(k)函數(shù)是均值為0的6次諧波；D_q(k)是含有直流分量的6次諧波；

在電機(jī)起動(dòng)后，短時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)下電機(jī)的定子電阻R保持不變；在電機(jī)運(yùn)行至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，通過辨識(shí)得到的電感L_s和磁鏈Ψ_m對(duì)電阻值進(jìn)行更新辨識(shí)，定子電阻R的辨識(shí)器為：

式中：k表示采樣次數(shù)；x(k)是在第k時(shí)刻的輸入信號(hào)矢量；u_d(k)、u_q(k)和i_d(k)、i_q(k)分別為第k次采樣得到d、q軸電壓和電流；D_d(k)函數(shù)是均值為0的6次諧波；D_q(k)是含有直流分量的6次諧波；O(k)是第k個(gè)采樣時(shí)刻的Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng)的輸出值；R(k)和R(k+1)分別是第k次采樣和第k+1個(gè)采樣的定子電阻R的辨識(shí)值；e(k)是第k次采樣的誤差信號(hào)；d(k)是第k次采樣的期望輸出；ω(k)是第k次采樣的角速度；μ(k)是第k次迭代時(shí)的步長(zhǎng)；a和b是能夠調(diào)整的系數(shù)；Ψ_m是轉(zhuǎn)子磁鏈；

3.2)由式得，電感L_s的辨識(shí)器為

式中：L_s(k)和L_s(k+1)分別是第k次采樣和第k+1次采樣的電機(jī)電感辨識(shí)值；分別是u_d(k)、ω(k)、i_q(k)經(jīng)過濾波后的直流分量；

3.3)由式u_d(k)D_q(k)-u_q(k)D_d(k)＝-L_sω(k)i_q(k)D_q(k)-Ri_q(k)D_d(k)-ψ_mω(k)D_d(k)得，轉(zhuǎn)子磁鏈ψ_m的辨識(shí)器為：

式中：ψ_m(k)和ψ_m(k+1)分別是第k次采樣和第k+1次采樣的轉(zhuǎn)子磁鏈Ψ_m的辨識(shí)值。