[发明专利]测速发电机不对称运行下的宽范围实时测速方法

说明书

技术领域

本发明涉及机电控制技术，特别是针对测速电机不对称运行问题，提出一种测速发电机不对称运行下的宽范围实时测速方法。

背景技术

测速发电机作为常用的测速装置，能够将被测机械转速转换为电气信号，广泛地应用于各种速度或位置控制系统。测速发电机的测速原理为：测速发电机的绕组和磁路经精确设计，在被测电机与测速发电机同轴联接时，被测电机的转速n与测速发电机输出正弦波的幅值E_m成线性关系。图1给出了一类常用的3极测速电机工作原理图。

在当前传统的测速系统中，测速发电机的测速结果主要会受到以下两个不利因素的影响：

1)当测速发电机生产工艺中存在一定的精度误差以及使用过程中的老化和故障，常使得测速电机处于不对称运行工况。若图1(a)所示测速发电机在安装的过程中上、下导磁爪的位置偏差θ弧度，将导致测速发电机定子的电角度不对称，即输出正弦交流电压波形会发生畸变，测速发电机将会处于不对称运行工况，等效为磁极发生形变的情况，如图1(b)所示。

2)如果采用传统模拟测速电路，测速发电机输出的正弦电压波经单相桥式可控整流电路以及滤波电路转换为反映被测电机转速的平均模拟电平信号，其转速测量值与一个或几个半波特性相关，不能准确反映在半波内某一点的实时转速值。此外，在被测电机处于低速运行情况下，测速发电机的输出电压受整流电路中晶体二级管和滤波电路参数的影响较大，一般只适用于电机高转速测量和控制。

为了克服现有技术的不足，本发明采用数字化测速方法，根据测速发电机输出的正弦电压波形直接精确测算被测电机的实时转速。本专利提出了一种面向工程应用、实现简单的测速发电机数学模型，在此基础上针对测速电机不对称运行问题给出了相应的实时宽范围数字滤波测速方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测速发电机不对称运行下的宽范围实时测速方法，针对测速电机不对称运行问题给出了相应的实时宽范围数字滤波测速方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种测速发电机不对称运行下的宽范围实时测速方法，包括如下步骤，

S1：针对测速发电机不对称的特性，建立了测速发电机数学模型；

S2：根据步骤S1建立的测速发电机数学模型，提出滤波测速算法，并应用于该测速发电机数学模型中，从而精确计算得出被测电机的转速。

在本发明一实施例中，所述步骤S1的具体实现过程如下：

(1.1)令状态向量x(k)＝[ω(k),Φ_c(k),a(k)]^T，可得测速发电机的离散状态方程为

其中：T_s为采样周期；ω(k)为离散数字角频率，表示相邻两个采样值间弧度的变化量；a(k)为测速发电机加速模型参数；不对称因子Φ_c(k)为常数，代表测速发电机不对称特性对测量ω(k)的影响量；q(k)～N(0,Q(k))是系统噪声，物理意义为转速波动及干扰噪声；

(1.2)测速发电机不对称运行下输出感应电动势实时正弦离散时间序列，即离散测量方程为

式中：Φ为电机气隙磁通量；c为常数，在测速发电机输出电压波形的正半波c＝1，负半波c＝-1；

(1.3)通过式(2)得出测速发电机输出感应电动势的实时值e(k)来估计ω(k)，即可得到被测电机的转速

在本发明一实施例中，所述步骤S2中的滤波测速算法是以无迹变换为基础，采用Kalman滤波器框架的测速算法。

在本发明一实施例中，所述无迹变换用于提供状态向量x和e联合分布的高斯近似分布，具体如下，

(2.1)由于式(2)的状态向量x为τ＝3维变量，根据x的均值m和协方差矩阵P构造2τ+1＝7个Sigma点集；

其中：表示矩阵的第i列；λ＝α²(τ+κ)-τ是一个比例因子，α和κ都是正常数，α决定x的均值m周围Sigma点的分布状态，通常选择0≤α≤1； κ ＝ 3 - τ；调节α、κ能够提高均值m的精度，调节β能够提高方差P的精度；

(2.2)对构造的Sigma点集{χ⁽ⁱ⁾}进行h(·)非线性变换，得到变换后的Sigma点集

e_i＝h(χ_i)，i＝0,1,…,6 (5)

即可近似表示e＝h(x)的分布；

(2.3)计算e的均值和方差以及x和e的协方差如下：