[發明專利]一種基于無跡卡爾曼濾波的同步磁阻電機電感辨識方法、系統、終端及可讀存儲介質

有效

• 申請號: 202110546812.6
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113224991B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 羅德榮;吳比;黃守道;李孟秋
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/14;H02P25/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

1.一種基于無跡卡爾曼濾波的同步磁阻電機電感辨識方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：構建同步磁阻電機的電機模型，所述電機模型包括：非線性狀態方程函數和非線性觀測方程函數；

其中，將電機的d軸電流i_d、q軸電流i_q作為觀測量Z，將電機的d軸電流i_d、q軸電流i_q、d軸電感L_d和q軸電感L_q作為狀態變量X；

步驟2：將電機的d軸電流i_d、q軸電流i_q、d軸電壓u_d、q軸電壓u_q以及轉子電角速度ω_e輸入所述電機模型，基于無跡卡爾曼濾波進行當前時刻的狀態更新和觀測更新；

步驟3：計算狀態和觀測更新后的觀測殘差，并基于所述觀測殘差確定時變漸消因子λ_k，所述時變漸消因子λ_k的公式如下：

式中，σ為誤差可調系數，ε_k為時刻k的觀測殘差ε，tr[]表示矩陣的跡，為k時刻的觀測更新后計算出的觀測量的自協方差矩陣，T為矩陣轉置符號；

步驟4：將所述時變漸消因子λ_k作為卡爾曼濾波增益修正，計算下一時刻的狀態更新和協方差更新；

步驟5：基于步驟4中下一時刻的狀態更新得到同步磁阻電機電感的d軸電感L_d、q軸電感L_q；再返回步驟2進入下一個時刻的迭代運算。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟4中下一時刻的狀態更新和協方差更新的公式如下：

式中，P(k+1|k+1)分別表示k+1時刻的狀態更新和協方差更新，表示k時刻狀態更新后的預測加權平均值，P(k+1|k)表示k時刻狀態更新后的預測協方差矩陣，K(k+1)為k+1時刻的卡爾曼濾波增益矩陣，Z(k+1)為k+1時刻的實際觀測量；為k時刻觀測更新后的預測均值；分別為k時刻觀測更新后的觀測量自協方差矩陣、狀態變量和觀測量間互協方差矩陣，K^T(k+1)為k+1時刻的卡爾曼濾波增益矩陣的轉置。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：狀態和觀測更新后的觀測殘差的計算公式如下：

其中，ε_k表示k時刻對應的觀測殘差，Z(k+1)為k+1時刻的實際觀測，為k時刻對應利用觀測預測值計算出的預測均值。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：觀測量Z具有高斯白噪聲V(k)，所述高斯白噪聲V(k)具有噪聲協方差陣R_k，所述噪聲協方差陣R_k的初始值設置為R_s；其中，步驟2中計算狀態和觀測更新后的觀測殘差之后，以及計算時變漸消因子λ_k之前，所述方法還包括如下步驟：

A1：依據所述觀測殘差判斷是否達到收斂狀態，其中，滿足如下不等式，視為滿足收斂狀態，執行步驟A2；否則，視為不滿足收斂狀態；

A2：若當前噪聲協方差R_k＝R_s，將調整所述噪聲協方差R_k＝R_L；若當前噪聲協方差R_k≠R_s，不調整所述噪聲協方差；

其中，R_L為比R_s數量級大的噪聲協方差。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述非線性狀態方程函數和所述非線性觀測方程函數表示如下：

式中，k表示時刻，Z(k)表示k時刻的觀測量Z，X(k)、X(k+1)表示k、k+1時刻的狀態變量X，V(k)表示觀測量Z(k)的高斯白噪聲，U(k)表示k時刻的系統輸入，W(k)表示狀態變量X(k)的高斯白噪聲，f表示非線性狀態方程函數，h表示非線性觀測方程函數。