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专利号: 2020107124528
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.用于异步电机转速辨识的迭代扩展卡尔曼滤波的改进方法,其特征在于,具体按照如下步骤进行:步骤1:以定子电流、转子磁链和转子速度为状态变量,建立异步电机在两相静止坐标系下的数学模型;

步骤2:基于步骤1得到的所述异步电机在两相静止坐标系下的数学模型,将改进的Sage-Husa噪声统计估计器嵌入到迭代卡尔曼滤波器中,通过迭代运算和在线估计得到虚拟噪声的未知协方差矩阵;

步骤3:在步骤2中得到所述虚拟噪声的未知协方差矩阵中,引入自适应衰落因子,同时增加估计的状态向量的方差,得到了改进后的迭代扩展卡尔曼滤波。

2.根据权利要求1所述的用于异步电机转速辨识的迭代扩展卡尔曼滤波的改进方法,其特征在于,步骤1中,所述异步电机在两相静止坐标系下的数学模型如公式(1)所示:其中,A为系统矩阵,B为输入矩阵,C为输出矩阵;

u、 依次为状态变量、输入变量、输出变量;

将公式(1)进行一阶后向差分离散化,得到:其中,

xk=[isα,k isβ,k ψrα,k ψrβ,k ωr,k]T,uk=[usα,k usβ,k]T,T′sr=σLs/Rsr,Rsr=Rs+(Lm/Lr)2Rr,Tr=Lr/Rr;

其中,Rs为电机定子电阻,Rr为转子电阻;ψrα为α轴下的转子磁链分量,ψrβ为β轴下的转子磁链分量,Ls为电机定子电感,Lm为互感,Lr为转子电感,ωr为电机转速,usα为α轴下的定子电压分量,usβ为β轴下的定子电压分量,isα为α轴下的定子电流分量,isβ为β轴下的定子电流分量。

3.根据权利要求1所述的用于异步电机转速辨识的迭代扩展卡尔曼滤波的改进方法,其特征在于,所述步骤2具体为:步骤2.1鉴于系统噪声和测量噪声的影响因素,基于异步电机调速系统的离散化数学模型可表示为:其中,xk为状态向量,zk为测量向量,wk为状态噪声,vk为测量噪声,fk为可微的过渡函数,gk为测量函数,同时,做出如下假设:wk和vk为零均值、独立恒等分布的高斯噪声如下公式(4),其中, 状态的先验分布近似为高斯分布

步骤2.2:通过对过程函数和测量函数的扩展,给出了基于泰勒级数近似的当前估计如下公式(5):其中, Δ1和Δ2表示截断的高次项,得到的局部线性化模型如下公式(6):

其中, 为虚拟过程噪声, 为虚拟测量噪声,步骤2.3:忽略高阶项Δ1和Δ2,得到 和 然后将卡尔曼滤波应用于局部线性化的模型,得到EKF,

步骤2.4:由于忽略了高阶项,IEKF重新对系统方程进行了一步前向平滑估计和当前状态滤波估计,并迭代地利用时间传播和测量更新i次,在只考虑测量校正的情况下,给定一个先验状态估计 i次迭代操作的IEKF算法如下公式(15):其中,i为迭代次数;

步骤2.5:动态更新Q和R矩阵

其中,r为虚拟测量噪声的均值, bf为遗忘因子,取值为0

其中,q为虚拟过程噪声的均值,dk和εk同上,省略后半部分减法项可得到如下公式(25):

4.根据权利要求3所述的用于异步电机转速辨识的迭代扩展卡尔曼滤波的改进方法,其特征在于,所述步骤2.3的具体操作如下:提前一步预测

测量校正:

其中,K是增益矩阵,P是误差协方差矩阵,R为测量噪声协方差矩阵,Q为系统噪声协方差矩阵,I为单位矩阵,上标 表示预测值,下标k表示当前拍,k-1表示上一拍。

5.根据权利要求1所述的用于异步电机转速辨识的迭代扩展卡尔曼滤波的改进方法,其特征在于,所述步骤3的具体过程为:步骤3.1:按照如下公式(26),将衰落因子应用在估计的协方差矩阵,以增加估计的状态向量的方差:其中,λ为衰落因子, Nk=G0-Rk-

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