【摘要】：為了減弱固定的先驗噪聲模型對擴展卡爾曼濾波器(EKF)狀態(tài)估計的影響,提出一種基于粒子群優(yōu)化的感應電機模糊EKF(PFEKF)轉速估計方法。通過將粒子群優(yōu)化(PSO)算法引入模糊控制器,監(jiān)視實際殘差與理論殘差的偏離程度,自適應選擇模糊調(diào)整因子,在線遞推修正測量噪聲協(xié)方差矩陣的加權值,使其逐漸逼近真實噪聲水平,從而使濾波器進行優(yōu)化估計,并減小外部干擾和時變測量噪聲對系統(tǒng)性能的影響。仿真和實驗結果驗證了基于PSO的感應電機模糊EKF轉速估計方法的正確性與有效性。
【圖文】：

測量噪聲陣Rk；b為一個正值常數(shù)，表示對模糊調(diào)整因子Sk的放大程度。2.3基于PSO的感應電機模糊EKF噪聲抑制機理感應電機模糊EKF（ParticleSwarmOptimizationFuzzyEKF,PFEKF）與EKF的推導類似，且當Skb=1時，PFEKF相當于EKF。PFEKF的目的是保證由擴展卡爾曼濾波得到的殘差的理論值與實際值相等，也就是說它們的差值應該為0，或者接近于0。如果此差值長期偏離0，則說明測量噪聲水平已經(jīng)發(fā)生了變化，需要對測量噪聲協(xié)方差矩陣R進行調(diào)整，調(diào)整的準則是使此差值回到0附近，基于PSO的PFEKF方法的原理框圖如圖1所示。圖1基于PFEKF轉速估計結構Fig.1SpeedestimationstructurebasedonPFEKF由圖1可以看出，基于PSO的PFEKF方法通過不斷監(jiān)視殘差理論值與實際值是否近似相等，然后根據(jù)模糊控制器控制濾波器的估計輸出模糊調(diào)整

了基于PSO模糊EKF轉速估計策略。式（16）中Fk為雅克比系數(shù)矩陣，計算式為11kkxxFAxBux（27）將式（26）中的狀態(tài)變量kx替換成k1x并且對k1x求偏導，可得到雅克比系數(shù)矩陣Fk+1為1mmmr,1,1srsrrsrsrmmmr,1,1srsrsrrsrmr,1,1rrmr,1,1rr100010100001kkkkkkkkkTTLTLTLTLLTLLLLTTLTLTLTLLLLTLLTLTTTTTTLTTTTTF基于PSO的PFEKF矢量控制結構如圖2所示。系統(tǒng)采用三個PI調(diào)節(jié)器，構成轉速外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，轉速PI調(diào)節(jié)器根據(jù)給定轉速與PFEKF估算轉速的偏差調(diào)節(jié)轉矩電流的給定值，轉矩電流及勵磁電流PI調(diào)節(jié)器根據(jù)檢測電流與電流給定值的偏差調(diào)節(jié)相應的d、q軸定子電壓給定值。PFEKF轉速估計模塊的輸入為靜止坐標系下定子電流和定子電壓，輸出為估計的轉子轉速。圖2基于PFEKF感應電機無速度傳感器矢量控制結構Fig.2StructureofinductionmotorsensorlessvectorcontrolbasedonPFEKF4仿真4.1轉速估計仿真仿真及實驗用異步電機參數(shù)：額定功率PN=1.1kW，額定線電壓UN=380V，額定電流IN=2.67A，額定頻率fN=50Hz，定子電阻Rs=5.27，轉子電阻Rr=5.07，定子電感Ls=0.423H，轉子電感Lr=0.479H，互感Lm=0.421H，轉動慣量J=0.02kg·m2，極對數(shù)p=2，額定轉速nN=1410r/min。在仿真中，，初始給定轉速為314rad/s，在t=2s時階躍減至94.8rad/s，在t=4s時階躍至158rad/s。圖3為轉速實測值和估計值的對比，從圖中可以看出，PFEKF在整個轉速范圍表現(xiàn)出良好的靜態(tài)性能，在轉速指令發(fā)生正向或負向階躍時均表現(xiàn)出?

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1 關e

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