本發(fā)明涉及一種在線建模方法，特別是涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法，屬于開關(guān)磁阻電機(jī)建模技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，srm高精度控制中面臨的主要困難是srm缺乏具有實(shí)用性的精確數(shù)學(xué)模型，srm雖然結(jié)構(gòu)簡單，但電磁關(guān)系復(fù)雜，具有多變量、強(qiáng)耦合和高度非線性的特點(diǎn)，雖然基于電機(jī)理論能夠得到的完整描述srm電磁及力學(xué)的非線性模型，但計(jì)算繁瑣，難以解析，并無實(shí)用價(jià)值，srm完整的電路、機(jī)械、機(jī)電聯(lián)系方程中最重要的非線性關(guān)系是磁鏈-電流-角度關(guān)系模型(或電感-電流-角度關(guān)系模型)和轉(zhuǎn)矩-電流-角度關(guān)系模型，建立準(zhǔn)確而實(shí)用的模型是srm建模的關(guān)鍵任務(wù)。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊系統(tǒng)的智能建模方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要掌握srm的先驗(yàn)知識，在實(shí)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、充足的條件下，能夠得到準(zhǔn)確反映srm電磁特性的非線性模型，但是由于測量中的噪聲干擾等因素的影響以及實(shí)測數(shù)據(jù)的有限性，使得通過離線方法根據(jù)靜態(tài)實(shí)測磁鏈或轉(zhuǎn)矩特性曲線得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊模型無法完全學(xué)習(xí)到srm的全部動態(tài)特性，為了得到進(jìn)一步提高srm模型的精度，需要根據(jù)在線數(shù)據(jù)自適應(yīng)調(diào)整所建立的非線性模型的參數(shù)，使其更能適應(yīng)環(huán)境以及電機(jī)參數(shù)的變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是為了提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法，該建模方法能夠減小離線建模過程中因?qū)崪y數(shù)據(jù)不充足導(dǎo)致的建模誤差，提高模型精度，減小因模型誤差導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩脈動，提高控制性能。

本發(fā)明的目的可以通過采用如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法，所述在線建模方法基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的srm在線建模方法；根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的磁鏈特性獲取數(shù)據(jù)，基于anfis算法離線建立磁鏈模型和逆轉(zhuǎn)矩模型，通過誤差反饋在線調(diào)節(jié)anfis模型參數(shù)，建立非線性磁鏈模型；根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性獲取數(shù)據(jù)，通過誤差反饋在線調(diào)節(jié)anfis模型參數(shù)，建立非線性逆轉(zhuǎn)矩模型。

進(jìn)一步的，所述在線建模方法包括如下步驟：

步驟11：假設(shè)srm三相的電磁特性都是相同的，僅對其中一相的電磁轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行建模；

步驟12：以轉(zhuǎn)子位置和電流作為模型的輸入，磁鏈為anfis模型的輸出，獲得srm磁鏈模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式；

步驟13：以轉(zhuǎn)子位置和電流作為模型的輸入，磁鏈為anfis模型的輸出，將靜態(tài)非線性磁鏈特性用于模型的訓(xùn)練，離線訓(xùn)練后的anfis模型映射出角度、電流以及磁鏈之間的非線性關(guān)系；

步驟14：以轉(zhuǎn)子位置和電流作為模型的輸入，轉(zhuǎn)矩為anfis模型的輸出，將靜態(tài)非線性轉(zhuǎn)矩特性用于模型的訓(xùn)練，離線訓(xùn)練后的anfis模型能夠映射出角度、電流以及轉(zhuǎn)矩之間的非線性關(guān)系；

步驟15：將基于anfis離線建立的非線性模型用于在線磁鏈估計(jì)和電流估計(jì)，將在線估計(jì)的結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對比獲得誤差；

步驟16：將所得誤差反饋在線調(diào)節(jié)基于anfis離線建立的非線性模型參數(shù)，使非線性模型的估計(jì)值與實(shí)測值之間的誤差逐漸減小，提高建模精度。

進(jìn)一步的，所述步驟12中，獲得srm磁鏈模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為；

ψ(θ,i)＝b^tφ(θ,i)

其中：ψ為相磁鏈；

θ為角度；

i為相電流；

為anfis未知的后件參數(shù)；

為第n條規(guī)則的隸屬度的加權(quán)平均值。

進(jìn)一步的，所述步驟12中，還采用基于srm非線性轉(zhuǎn)矩特性數(shù)據(jù)離線建立逆轉(zhuǎn)矩模型，以轉(zhuǎn)子位置和相轉(zhuǎn)矩作為模型的輸入，相電流為anfis模型的輸出，獲得srm逆轉(zhuǎn)矩模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

i(θ,t)＝a^tφ(θ,t)

其中：i為相電流；

t為相轉(zhuǎn)矩；

θ為轉(zhuǎn)子角度；

進(jìn)一步的，通過誤差反饋在線調(diào)節(jié)anfis模型參數(shù)，建立非線性磁鏈模型的步驟包括：

步驟21：根據(jù)在線測得的相電流與相電壓直接計(jì)算得到磁鏈的參考值；

步驟22：將基于anfis在線估計(jì)得到的磁鏈實(shí)際值與參考值之間的誤差進(jìn)行反饋，在線調(diào)節(jié)anfis的后件參數(shù)：

ε3(t)＝ψ-ψref

其中：ψ為基于anfis模型在線獲得的磁鏈估計(jì)值ψ(θ,i)＝b^tφ(θ,i)；

ψref為計(jì)算得到的磁鏈參考值；

λ為參數(shù)的學(xué)習(xí)率。

進(jìn)一步的，所述步驟21中，根據(jù)在線測得的相電流與相電壓直接計(jì)算得到磁鏈的參考值:

其中u(t)和i(t)分別為實(shí)際測量得到的相電壓和相電流，初始磁鏈ψref(0)＝0。

進(jìn)一步的，根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性獲取數(shù)據(jù)，通過誤差反饋在線調(diào)節(jié)anfis模型參數(shù)，建立非線性逆轉(zhuǎn)矩模型的步驟包括：

步驟31：以轉(zhuǎn)子位置和相轉(zhuǎn)矩作為模型的輸入，相電流為anfis模型的輸出，將靜態(tài)非線性轉(zhuǎn)矩特性用于模型的訓(xùn)練，離線訓(xùn)練后的anfis模型能夠映射出角度、相轉(zhuǎn)矩以及相電流之間的非線性逆轉(zhuǎn)矩關(guān)系：i(θ,t)＝a^tφ(θ,t)；

步驟32：將基于anfis建立的逆轉(zhuǎn)矩模型在線估計(jì)得到的電流估計(jì)值與電流的實(shí)際測量值之間的誤差進(jìn)行反饋，在線調(diào)節(jié)anfis的后件參數(shù)。

進(jìn)一步的，所述步驟32中，在線調(diào)節(jié)anfis的后件參數(shù)公式為：

a(k+1)＝a(k)-η1ε1(k)φ(θ,tph)

ε1(k)＝i(k)-iref(k)

其中：η1為學(xué)習(xí)率，ε1為電流估計(jì)誤差,k為參數(shù)的采樣值。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法，本發(fā)明提供的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法，采用基于磁鏈估計(jì)誤差在線調(diào)節(jié)離線建立的anfis磁鏈模型參數(shù)，提高了所建非線性模型的精度，使得估計(jì)誤差逐漸減小，采用電流估計(jì)誤差反饋調(diào)節(jié)anfis的逆轉(zhuǎn)矩模型參數(shù)的建模方法使得所建模型的精度得以提高，從而估計(jì)誤差逐漸減小，在建模精度提高的基礎(chǔ)上，大大提高了基于模型的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制性能。

附圖說明

圖1為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性曲線圖；

圖2為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線圖；

圖3為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于anfis算法離線建立的磁鏈模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)圖；

圖4為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于anfis算法離線建立的磁鏈模型的anfis輸出圖；

圖5為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于anfis算法離線建立的轉(zhuǎn)矩模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)圖；

圖6為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于anfis算法離線建立的轉(zhuǎn)矩模型的anfis輸出圖；

圖7為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于估計(jì)誤差調(diào)節(jié)anfis參數(shù)的srm磁鏈建模原理圖；

圖8為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)矩特性離線建立的anfis逆轉(zhuǎn)矩模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)圖；

圖9為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)矩特性離線建立的anfis逆轉(zhuǎn)矩模型的anfis輸出圖；

圖10為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于anfis算法的離線逆轉(zhuǎn)矩模型的在線電流估計(jì)圖；

圖11為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于估計(jì)誤差調(diào)節(jié)anfis參數(shù)的srm逆轉(zhuǎn)矩建模原理圖；

圖12為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于anfis在線磁鏈模型的實(shí)際輸出圖；

圖13為圖12按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于anfis在線磁鏈模型的實(shí)際輸出圖的放大圖；

圖14為按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于anfis在線逆轉(zhuǎn)矩模型的實(shí)際輸出圖；

圖15為圖13按照本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法的一優(yōu)選實(shí)施例的基于anfis在線逆轉(zhuǎn)矩模型的實(shí)際輸出圖的放大圖。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚和明確本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例提供的一種開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法，所述在線建模方法基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的srm在線建模方法；根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的磁鏈特性獲取數(shù)據(jù)，基于anfis算法離線建立磁鏈模型和逆轉(zhuǎn)矩模型，通過誤差反饋在線調(diào)節(jié)anfis模型參數(shù)，建立非線性磁鏈模型；根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性獲取數(shù)據(jù)，通過誤差反饋在線調(diào)節(jié)anfis模型參數(shù)，建立非線性逆轉(zhuǎn)矩模型。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，如圖3、圖4、圖5和圖6所示，所述在線建模方法包括如下步驟：

步驟11：假設(shè)srm三相的電磁特性都是相同的，僅對其中一相的電磁轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行建模，省略下標(biāo)j；

步驟12：以轉(zhuǎn)子位置和電流作為模型的輸入，磁鏈為anfis模型的輸出，獲得srm磁鏈模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式；

步驟13：以轉(zhuǎn)子位置和電流作為模型的輸入，磁鏈為anfis模型的輸出，將靜態(tài)非線性磁鏈特性用于模型的訓(xùn)練，離線訓(xùn)練后的anfis模型映射出角度、電流以及磁鏈之間的非線性關(guān)系；

步驟14：以轉(zhuǎn)子位置和電流作為模型的輸入，轉(zhuǎn)矩為anfis模型的輸出，將靜態(tài)非線性轉(zhuǎn)矩特性用于模型的訓(xùn)練，離線訓(xùn)練后的anfis模型能夠映射出角度、電流以及轉(zhuǎn)矩之間的非線性關(guān)系；

步驟15：將基于anfis離線建立的非線性模型用于在線磁鏈估計(jì)和電流估計(jì)，將在線估計(jì)的結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對比獲得誤差；

步驟16：將所得誤差反饋在線調(diào)節(jié)基于anfis離線建立的非線性模型參數(shù)，使非線性模型的估計(jì)值與實(shí)測值之間的誤差逐漸減小，提高建模精度。

進(jìn)一步的，所述步驟12中，獲得srm磁鏈模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為；

ψ(θ,i)＝b^tφ(θ,i)

其中：ψ為相磁鏈；

θ為角度；

i為相電流；

為anfis未知的后件參數(shù)；

為第n條規(guī)則的隸屬度的加權(quán)平均值。

進(jìn)一步的，所述步驟12中，還采用基于srm非線性轉(zhuǎn)矩特性數(shù)據(jù)離線建立逆轉(zhuǎn)矩模型，以轉(zhuǎn)子位置和相轉(zhuǎn)矩作為模型的輸入，相電流為anfis模型的輸出，獲得srm逆轉(zhuǎn)矩模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

i(θ,t)＝a^tφ(θ,t)

其中：i為相電流；

t為相轉(zhuǎn)矩；

θ為轉(zhuǎn)子角度；

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，如圖7所示，通過誤差反饋在線調(diào)節(jié)anfis模型參數(shù)，建立非線性磁鏈模型的步驟包括：

步驟21：根據(jù)在線測得的相電流與相電壓直接計(jì)算得到磁鏈的參考值；

步驟22：將基于anfis在線估計(jì)得到的磁鏈實(shí)際值與參考值之間的誤差進(jìn)行反饋，在線調(diào)節(jié)anfis的后件參數(shù)：

ε3(t)＝ψ-ψref

其中：ψ為基于anfis模型在線獲得的磁鏈估計(jì)值ψ(θ,i)＝b^tφ(θ,i)；

ψref為計(jì)算得到的磁鏈參考值；

λ為參數(shù)的學(xué)習(xí)率。

進(jìn)一步的，所述步驟21中，根據(jù)在線測得的相電流與相電壓直接計(jì)算得到磁鏈的參考值:

其中u(t)和i(t)分別為實(shí)際測量得到的相電壓和相電流，初始磁鏈ψref(0)＝0。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，如圖8和圖9所示，基于轉(zhuǎn)矩特性數(shù)據(jù)離線建立的逆轉(zhuǎn)矩模型曲面與實(shí)際的非線性逆轉(zhuǎn)矩特性在對齊位置存在較大的偏差，將存在較大偏差的逆轉(zhuǎn)矩模型用于在線電流估計(jì)，將anfis逆轉(zhuǎn)矩模型的實(shí)際輸出值與實(shí)測電流進(jìn)行比較，如圖10所示，存在較大的電流估計(jì)誤差，為此提出基于電流估計(jì)誤差反饋調(diào)節(jié)的anfis在線建模方法，其原理圖如11所示，根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性獲取數(shù)據(jù)，通過誤差反饋在線調(diào)節(jié)anfis模型參數(shù)，建立非線性逆轉(zhuǎn)矩模型的步驟包括：

步驟31：以轉(zhuǎn)子位置和相轉(zhuǎn)矩作為模型的輸入，相電流為anfis模型的輸出，將靜態(tài)非線性轉(zhuǎn)矩特性用于模型的訓(xùn)練，離線訓(xùn)練后的anfis模型能夠映射出角度、相轉(zhuǎn)矩以及相電流之間的非線性逆轉(zhuǎn)矩關(guān)系：i(θ,t)＝a^tφ(θ,t)；

步驟32：將基于anfis建立的逆轉(zhuǎn)矩模型在線估計(jì)得到的電流估計(jì)值與電流的實(shí)際測量值之間的誤差進(jìn)行反饋，在線調(diào)節(jié)anfis的后件參數(shù)。

進(jìn)一步的，所述步驟32中，在線調(diào)節(jié)anfis的后件參數(shù)公式為：

a(k+1)＝a(k)-η1ε1(k)φ(θ,tph)

ε1(k)＝i(k)-iref(k)

其中：η1為學(xué)習(xí)率，ε1為電流估計(jì)誤差，k為參數(shù)的采樣值。

為了說明基于估計(jì)誤差調(diào)節(jié)anfis后件參數(shù)的在線建模方法能有效提高srm非線性磁鏈特性和逆轉(zhuǎn)矩模型的精度，給出在如下仿真條件下：

(1)三相12/8開關(guān)磁阻電機(jī)；

(2)轉(zhuǎn)動慣量j＝1.3213e-4kg·m²；

(3)直流電壓vdc＝270v，電阻r＝0.5ω；

(4)模糊規(guī)則數(shù)49條；

(5)學(xué)習(xí)率η1＝0.0015，λ＝0.001。

仿真結(jié)果，由圖12、圖13、圖14和圖15可以看出，剛開始在線建模的時(shí)候，模型的后件參數(shù)沒有被調(diào)節(jié)到最優(yōu)的參數(shù)，所以估計(jì)值與測量值之間的誤差最大，在線采集誤差數(shù)據(jù)反饋到模型的輸入端，不斷調(diào)節(jié)anfis模型的后件參數(shù)，使得估計(jì)誤差越來越小，該建模方法不需要獲取對齊位置準(zhǔn)確描述轉(zhuǎn)矩逆模型特性的訓(xùn)練數(shù)據(jù)對，對轉(zhuǎn)子位置誤差造成的建模誤差還有一定的自適應(yīng)修正能力，仿真結(jié)果體現(xiàn)了在線建模方法較之離線建模的優(yōu)點(diǎn)。

綜上所述，在本實(shí)施例中，按照本實(shí)施例的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法，本實(shí)施例提供的開關(guān)磁阻電機(jī)非線性特性在線建模方法，采用基于磁鏈估計(jì)誤差在線調(diào)節(jié)離線建立的anfis磁鏈模型參數(shù)，提高了所建非線性模型的精度，使得估計(jì)誤差逐漸減小，采用電流估計(jì)誤差反饋調(diào)節(jié)anfis的逆轉(zhuǎn)矩模型參數(shù)的建模方法使得所建模型的精度得以提高，從而估計(jì)誤差逐漸減小，在建模精度提高的基礎(chǔ)上，大大提高了基于模型的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制性能。

以上所述，僅為本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。