一种基于卡尔曼滤波的定子永磁型记忆电机调磁方法与流程

本发明涉及一种基于卡尔曼滤波的定子永磁型记忆电机调磁方法，属于电机驱动和在线调磁控制技术领域。

背景技术：

定子永磁型记忆电机调磁脉冲决定了磁化状态可调永磁体磁链的大小，进而影响驱动和在线调磁协同控制的系统的整体性能。因而，如何获得较为精确的调磁脉冲成为记忆电机能否高性能运行的关键。目前，调磁脉冲定量控制方法是应用于定子永磁型记忆电机闭环调磁控制的一种方法。该方法可实现调磁脉冲的双向定量控制，但在反馈控制过程中，测量噪声和控制噪声降低了PI控制器的控制精度，使控制器参数难以自动调整，当干扰严重时，较差的调磁脉冲波形无法满足驱动和在线调磁控制要求。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术的不足，提出一种基于卡尔曼滤波的定子永磁型记忆电机调磁方法，能很好地抑制系统测量噪声和控制噪声，改善调磁脉冲输出波形。

技术方案：一种基于卡尔曼滤波的定子永磁型记忆电机调磁方法，包括如下步骤：

1)采用传感器采集滤波电容两端电压u₀，调磁绕组脉冲i₀及流过滤波电感电流i_L；

2)根据基尔霍夫定律可得电压电流的关系为：

式中，C₀为滤波电容容值，R₀和L₀分别为调磁绕组等效电阻和电感值；

3)当以u₀和i₀为状态变量，i_L为输入量时，状态方程如下：

式中：为状态变量的一阶导数，x(t)＝[i₀(t),u₀(t)]^T，w(t)和v(t)分别为控制噪声和测量噪声矢量，矩阵A、B、C分别为

C＝[1,0]

4)当采样周期为T时，对矩阵A、B、C进行离散化处理，离散后由A₁、B₁、C₁表示：

5)离散化的卡尔曼状态方程为

式中，x(k)＝[i₀(k),u₀(k)]^T，y(k)＝i₀(k)；

6)经过步骤1)～5)所述的卡尔曼滤波后，可得到不受控制噪声和测量噪声影响的调磁脉冲i₀，i₀与给定调磁脉冲的偏差经PI调节器处理后得到信号ε分为两路，一路与三角波载波信号比较后产生驱动信号η，η经过符号判断和死区设置后得到驱动信号η₁；另一路经第一比较器判断信号ε的偏差方向后得到输出逻辑值λ，λ经过逻辑“非”得到逻辑值所述逻辑值λ与η₁经第一乘法运算得λη₁，所述逻辑值与η₁经第二乘法运算得

7)给定调磁脉冲经过第二比较器得到的逻辑值γ与所述λη₁经第一逻辑“与”后得到驱动信号g₁和g₄控制单相全桥逆变器的功率管V₁和V₄的通断，而所述逻辑值γ与经第二逻辑“与”后得到驱动信号g₂和g₃控制单相全桥逆变器的功率管V₂和V₃的通断。

有益效果：本发明的一种基于卡尔曼滤波的定子永磁型记忆电机调磁方法具有如下优点：

1.可以有效抑制控制噪声和测量噪声对控制系统的影响，改善调磁脉冲波形，提高调磁脉冲精度；

2.卡尔曼滤波器通过前一时刻状态值预测当前估计值，提高了调磁脉冲的动态跟随性能。

附图说明

图1为一种基于卡尔曼滤波的定子永磁型记忆电机调磁方法控制系统框图；

图2为正向调磁时给定调磁脉冲和跟踪调磁脉冲偏差的仿真波形；

图3为反向调磁时给定调磁脉冲和跟踪调磁脉冲偏差的仿真波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种基于卡尔曼滤波的定子永磁型记忆电机调磁方法，其调磁结构包括输出电压为u_d的直流电源，直流电压输出连接单相全桥逆变器的输入端，单相全桥逆变器的输出经LC滤波电路连接到定子永磁型记忆电机的调磁绕组。

一种基于卡尔曼滤波的定子永磁型记忆电机调磁方法，包括如下步骤：

1)采用传感器采集滤波电容两端电压u₀，调磁绕组脉冲i₀及流过滤波电感电流i_L；

2)根据基尔霍夫定律可得电压电流的关系为：

式中，C₀为滤波电容容值，R₀和L₀分别为调磁绕组等效电阻和电感值；

3)当以u₀和i₀为状态变量，i_L为输入量时，状态方程如下：

式中：为状态变量的一阶导数，x(t)＝[i₀(t),u₀(t)]^T，w(t)和v(t)分别为控制噪声和测量噪声矢量，矩阵A、B、C分别为

C＝[1,0]

4)当采样周期为T时，对矩阵A、B、C进行离散化处理，离散后由A₁、B₁、C₁表示：

5)离散化的卡尔曼状态方程为

式中，x(k)＝[i₀(k),u₀(k)]^T，y(k)＝i₀(k)；

6)经过步骤1)～5)所述的卡尔曼滤波后，可得到不受控制噪声和测量噪声影响的调磁脉冲i₀，i₀与给定调磁脉冲的偏差经PI调节器处理后得到信号ε分为两路，一路与三角波载波信号比较后产生驱动信号η，η经过符号判断和死区设置后得到驱动信号η₁；另一路经第一比较器判断信号ε的偏差方向后得到输出逻辑值λ，λ经过逻辑“非”得到逻辑值所述逻辑值λ与η₁经第一乘法运算得λη₁，所述逻辑值与η₁经第二乘法运算得

7)给定调磁脉冲经过第二比较器得到的逻辑值γ与所述λη₁经第一逻辑“与”后得到驱动信号g₁和g₄控制单相全桥逆变器的功率管V₁和V₄的通断，而所述逻辑值γ与经第二逻辑“与”后得到驱动信号g₂和g₃控制单相全桥逆变器的功率管V₂和V₃的通断。

利用Matlab/Simulink仿真软件搭建了一种基于卡尔曼滤波的定子永磁型记忆电机调磁方法，图2和图3分别给出正反向调磁时给定调磁脉冲和跟踪调磁脉冲偏差的仿真波形。由图2和图3可知，本发明实现了调磁脉冲较为精确的控制，有利于提高定子永磁型记忆电机的调磁效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。