一种高兼容性的非接触式同步电机转子励磁的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种非接触式同步电机转子励磁的建模方法，包括以下步骤：构建感应型非接触式同步电机转子励磁系统10，形成感应型非接触式同步电机转子励磁系统的辨识模型；建立递推最小二乘法辨识模型，最后实现对初值为估计值的递推最小二乘法辨识建模。本发明专利技术所形成的辨识模型不需要知道系统内部的明确谐振补偿网络及变换器拓扑电路，兼容性强。兼容性强。兼容性强。

【技术实现步骤摘要】
一种高兼容性的非接触式同步电机转子励磁的建模方法


[0001]本专利技术涉及一种非接触式同步电机转子励磁的建模方法，属于车用电机控制应用


技术介绍

[0002]在国家政策的支持下，我国的新能源汽车正在蓬勃发展。作为新能源汽车的核心部件，车载电机的性能是否符合要求，显得尤为重要。电励磁同步电机作为一款常用的交流电机，其具有功率因数可调、损耗小、效率高、结构简单、可靠性高等突出优点，具有作为车载驱动电机的巨大潜力。但传统的电励磁同步电机，有着用于换向的电刷与滑环结构，而电刷和换向器摩擦会引起火花，给新能源汽车带来安全隐患。此外，有刷电机还存在着效率相对较低、噪音大、易发热，寿命短、维护难等缺点。因此，电励磁同步电机的无刷化已成为必然发展趋势。
[0003]针对这一问题，传统方法有通过附加励磁机或附加绕组来实现无刷化；采用永磁材料来实现无刷化；利用无刷电励磁与永磁体的混合励磁方式实现无刷化。总的来说，传统的无刷方案都需要增加附加绕组或附加装置，使电机结构复杂，体积增加，电机利用率降低。本专利技术利用感应型非接触能量传输技术，提出了一种非接触式同步电机转子励磁新方法。此外，对于非接触式同步电机转子励磁系统各功能模块之间兼容度差，可移植性低等问题，本专利技术提出了一种具有高兼容性的初值修正的递推最小二乘辨识建模方法。
[0004]国内相同
公开的专利申请有：名称是“一种同步电机转子励磁方法及装置”，申请号：CN107104613 A，该专利申请采用谐振式无线电能传输方式将直流或交流电源的电能以非接触方式传输给转子励磁绕组，实现转子励磁或混合励磁。该专利技术采用的是谐振式无线电能传输式技术，该技术传输功率较低，不适合应用于需要大功率传输的车载驱动系统，且该专利技术未解决非接触式励磁系统各功能模块之间兼容度差，可移植性低等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对电励磁同步电机的电刷与滑环结构给新能源汽车带来安全隐患的问题，利用感应型非接触能量传输技术，提出了一种非接触式同步电机转子励磁方法，从而实现无刷化。相比于其他无刷化技术，该方法无需增加附加绕组或附加装置，结构简单，电机利用率高。此外，对于非接触式同步电机转子励磁系统各功能模块之间兼容度差，可移植性低等问题，本专利技术提出了一种具有高兼容性的初值修正的递推最小二乘辨识建模方法，得到非接触式同步电机转子励磁系统的传递函数，即输入输出之间的传递关系。
[0006]本专利技术采用的技术方案是采用如下步骤：一种非接触式同步电机转子励磁的建模方法，包括以下步骤：构建感应型非接触式同步电机转子励磁系统10，形成感应型非接触式同步电机转子励磁系统的辨识模型；建立递推最小二乘法辨识模型，最后实现对初值为估计值的递推最小二乘法辨识建模。
[0007]进一步，构建感应型非接触式同步电机转子励磁系统10的具体过程为：将高频逆
变模块12、一次侧补偿模块13、PWM调制模块14、松耦合变压器15、二次侧补偿模块16、整流滤波模块17和转子励磁控制模块18依次相连，作为一个整体组成感应型非接触式同步电机转子励磁系统10；该系统以直流电源11输出的直流电压U
dc
和PWM控制调制模块14的PWM控制信号d(t)为输入，以转子励磁电压y(t)为输出；其中，高频逆变模块12、一次侧补偿模块13、PWM调制模块14和松耦合变压器15的一次侧线圈安装在同步电机的定子上；松耦合变压器15的二次侧绕组、二次侧补偿模块16、整流滤波模块17和转子励磁控制模块18安装在同步电机转子上。
[0008]进一步，所述松耦合变压器15由变压器一次侧线圈和二次侧线圈组成，两者相互分离，并通过电磁感应耦合关系实现能量的传输；一次侧补偿模块13用于降低一次侧电源模块的伏安容量，提高系统的功率因数；二次侧补偿模块16用于提高系统向负载传输功率的能力，去除二次侧绕组漏感的影响。
[0009]进一步，高频逆变模块12将直流电源11输出的直流电U
dc
转换为指定频率的高频交流电U
ac
。
[0010]进一步，整流滤波模块17将高频交流电I
’
ac
转换成直流电I
’
dc
，再通过转子励磁控制模块18实现对转子绕组的励磁。
[0011]进一步，感应型非接触式同步电机转子励磁系统的辨识模型中，根据输入信号d(t)和输出信号y(t)，得出系统的传递函数G(s)；
[0012]将感应型非接触式同步电机转子励磁系统10看作为一个黑箱模型，增添测量模块21对同步电机转子励磁系统10的输入信号d(t)测量，得到包含了噪声r1的输入测量信号d
’
(t)；同理，增添测量模块22对同步电机转子励磁系统10的输出信号y(t)测量，得到包含了噪声r2的输出测量信号y
’
(t)，辨识模块23根据输入输出的测量数据，得到同步电机转子励磁系统10的传递函数G(s)；其中，输入信号d(t)的占空比为常数D，用阶跃信号Dε(t)表示，输出信号y(t)为阶跃响应信号。
[0013]进一步，建立递推最小二乘法辨识模型的具体过程为：
[0014]首先建立感应型非接触式同步电机转子励磁系统10的差分方程如下：
[0015][0016]其中，k＝1,2.3
…
，y(k)为系统离散化输出，u(k)为系统离散化输入，ξ(k)为系统白噪声，令其为均值等于零的高斯白噪声，a
i
、b
j
分别为差分系数；
[0017]定义：
[0018]数据矩阵
[0019]待估参数矩阵θ
n
＝[a1...a
n b1...b
n
]T
[0020]则可得到式(1)简化后的公式
[0021][0022]取N组数据，将式(2)写成矩阵形式，如下：
[0023]Y
N
＝φ
N
θ+E
N
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0024]式中：
[0025]n阶输出矩阵Y
N
＝[y(n+1),y(n+2),...,y(n+N)]T
[0026]n阶数据矩阵
[0027]n阶白噪声矩阵E
n
＝[ξ(n+1)ξ(n+2).ξ(n+N)]T
[0028]其中，采样数据总数N必须充分大，才可以提高辨识的精度，降低噪声对系统的影响。
[0029]u(k)和y(k)为可测量数据，根据最小二乘准则，通过使指标函数最小化，即可以得到待估参数θ的最小二乘估计，如式(4)所示：
[0030][0031]定义n阶参数矩阵：
[0032]P
N
＝(φ
TN
φ
N
)
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式同步电机转子励磁的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：构建感应型非接触式同步电机转子励磁系统(10)，形成感应型非接触式同步电机转子励磁系统的辨识模型；建立递推最小二乘法辨识模型，最后实现对初值为估计值的递推最小二乘法辨识建模。2.根据权利要求1所述的一种非接触式同步电机转子励磁的建模方法，其特征在于，构建感应型非接触式同步电机转子励磁系统(10)的具体过程为：将高频逆变模块(12)、一次侧补偿模块(13)、PWM调制模块(14)、松耦合变压器(15)、二次侧补偿模块(16)、整流滤波模块(17)和转子励磁控制模块(18)依次相连，作为一个整体组成感应型非接触式同步电机转子励磁系统(10)；该系统以直流电源(11)输出的直流电压U
dc
和PWM控制调制模块(14)的PWM控制信号d(t)为输入，以转子励磁电压y(t)为输出；其中，高频逆变模块(12)、一次侧补偿模块(13)、PWM调制模块(14)和松耦合变压器(15)的一次侧线圈安装在同步电机的定子上；松耦合变压器(15)的二次侧绕组、二次侧补偿模块(16)、整流滤波模块(17)和转子励磁控制模块(18)安装在同步电机转子上。3.根据权利要求2所述的一种非接触式同步电机转子励磁的建模方法，其特征在于，所述松耦合变压器(15)由变压器一次侧线圈和二次侧线圈组成，两者相互分离，并通过电磁感应耦合关系实现能量的传输；一次侧补偿模块(13)用于降低一次侧电源模块的伏安容量，提高系统的功率因数；二次侧补偿模块(16)用于提高系统向负载传输功率的能力，去除二次侧绕组漏感的影响。4.根据权利要求2所述的一种非接触式同步电机转子励磁的建模方法，其特征在于，高频逆变模块(12)将直流电源(11)输出的直流电U
dc
转换为指定频率的高频交流电U
ac
。5.根据权利要求2所述的一种非接触式同步电机转子励磁的建模方法，其特征在于，整流滤波模块(17)将高频交流电I
’
ac
转换成直流电I
’
dc
，再通过转子励磁控制模块(18)实现对转子绕组的励磁。6.根据权利要求1所述的一种非接触式同步电机转子励磁的建模方法，其特征在于，感应型非接触式同步电机转子励磁系统的辨识模型中，根据输入信号d(t)和输出信号y(t)，得出系统的传递函数G(s)；将感应型非接触式同步电机转子励磁系统(10)看作为一个黑箱模型，增添测量模块(21)对同步电机转子励磁系统(10)的输入信号d(t)测量，得到包含了噪声r1的输入测量信号d
’
(t)；同理，增添测量模块(22)对同步电机转子励磁系统(10)的输出信号y(t)测量，得到包含了噪声r2的输出测量信号y
’
(t)，辨识模块(23)根据输入输出的测量数据，得到同步电机转子励磁系统(10)的传递函数G(s)；其中，输入信号d(t)的占空比为常数D，用阶跃信号Dε(t)表示，输出信号y(t)为阶跃响应信号。7.根据权利要求1所述的一种非接触式同步电机转子励磁的建模方法，其特征在于，建立递推最小二乘法辨识模型的具体过程为：首先建立感应型非接触式同步电机转子励磁系统(10)的差分方程如下：其中，k＝1,2.3
…
，y(k)为系统离散化输出，u(k)为系统离散化输入，ξ(k)为系统白噪声，令其为均值等于零的高斯白噪声，a
i
、b
j
分别为差分系数；
定义：数据矩阵待估参数矩阵θ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡峰，李可，孙晓东，陈龙，周剑，邬江陵，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：