改进海马优化算法的永磁同步电机多参数辨识.pdf
《改进海马优化算法的永磁同步电机多参数辨识.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《改进海马优化算法的永磁同步电机多参数辨识.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2024 年第 2 期仪 表 技 术 与 传 感 器Instrument Technique and Sensor基金项目:国家自然科学基金项目(52077105)收稿日期:2023-07-17改进海马优化算法的永磁同步电机多参数辨识曹永娟,陆壮壮,蔡 骏,贾红云南京信息工程大学自动化学院,江苏省大气环境与装备技术协同中心 摘要:为解决永磁同步电机参数辨识速度慢、精度不足等问题,提出一种融合云模型和混沌变异的海马优化算法。该算法以海马优化算法为基础,引入混沌映射和随机反向学习策略,改善种群初始空间分布;采用自适应云模型,解决算法收敛精度低和减少陷入局部最优情况;加入混沌映射和高斯变异调节种群分
2、布,以提高算法全局和局部开发能力。通过采集电机电压、角速度等信息,在永磁同步电机辨识模型中,使用改进后的算法对电机参数进行辨识。由仿真和实验对比,验证改进后算法在永磁同步电机电气和机械参数辨识上,具有更快速、稳定和准确的辨识效果,且辨识误差均在 1.4%以内。关键词:永磁同步电机;参数辨识;海马优化算法;自适应云模型;混沌映射;高斯变异中图分类号:TM351 文献标识码:AMulti-parameter Identification of Permanent Magnet SynchronousMotor with Improved Sea-horse Optimization Algorit
3、hmCAO Yongjuan,LU Zhuangzhuang,CAI Jun,JIA HongyunSchool of Automation,Nanjing University of Information Science&Technology,Jiangsu Provincial Collaborative Center for Atmospheric Environment and Equipment TechnologyAbstract:To address the slow speed and lack of accuracy in the parameter identificat
4、ion of permanent magnet synchronous mo-tor(PMSM),a sea-horse optimization algorithm integrating cloud model and chaotic variation was proposed.Based on the sea-horse optimization algorithm,the algorithm introduced chaotic mapping and stochastic inverse learning strategy to improve the initial spa-ti
5、al distribution of the population.The adaptive cloud model was adopted to solve the low convergence accuracy of the algorithm and reduce the falling into the local optimum;Chaotic mapping and Gaussian variation were incorporated to regulate the distribution of the population in order to improve the
6、algorithms global and local development capability.By collecting the information of motor voltage and angular velocity,using the improved algorithm to identify the motor parameters in the PMSM identification model.From the simulation and experimental comparison,it is verified that the improved algor
7、ithm has a faster,more stable,and accurate recogni-tion effect in the recognition of electrical and mechanical parameters of PMSM,and the recognition errors are all within 1.4%.Keywords:permanent magnet synchronous motor;parameter identification;sea-horse optimizer;adaptive cloud model;chaotic mappi
8、ng;Gaussian variation0 引言永磁同步电机(permanent magnet synchronous mo-tor,PMSM),因其自身结构简单、体积小和性能优良等优点,在工业等领域广泛应用1。然而,PMSM 在工作环境中会受到环境温度、电磁饱和、负载干扰等各种因素影响,导致电阻、电感、磁链等系数变化,进而影响控制系统的功能与稳定性。因此,PMSM 参数的快速、准确辨识,对提高 PMSM 控制效能具有关键性的意义。研究人员也逐渐重视 PMSM 参数辨识的研究,文献2使用改进最小二乘法对 PMSM 进行参数辨识,该算法虽实现简单,但计算量大、耗费时间。文献3采用卡尔曼滤波算法
9、对 PMSM 进行参数辨识,该算法需提前知道 PMSM 参数,否则会影响辨识精度。文献4利用神经网络算法对 PMSM 进行参数辨识,该算法通过分步辨识和循环更新等方法寻找最优值,具有收敛速度快、参数准确等优点,但计算量大,在实际运用中存在难度。针对前述传统 PMSM 参数辨识方法的不足,研究人员开始将云启发式优化算法用于参数辨识中,并取得了不错的效果。文献5-7采用改进粒子群算法对 PMSM 进行参数辨识,该算法通过融入收敛因子、自适应模拟退火和小生境模型等方法,提升了 PMSM 参数97 仪 表 技 术 与 传 感 器第 2 期辨识的收敛精度和速度。文献8使用改进灰狼优化算法对 PMSM 进
10、行参数辨识,该算法通过引入 Levy 飞行,有效避免了算法出现陷入局部最优情况。文献9将克隆选择和差分进化算法融合,对 PMSM 进行参数辨识,该算法可提升全局和局部搜索效率。海马优化算法10(sea-horse optimizer,SHO),其灵感来自于海马群在自然界中的运动、捕食和繁殖行为。该算法具有全局和局部搜索效率高,前期收敛周期短等优点,但在迭代过程中,会出现局部最优,且算法前期收敛速度和算法精度还需提高。本文针对 SHO 算法易过度局部开发和辨识精度有待提升等问题,提出一种融合云模型和混沌变异的海马优化算法(cloud chaotic mutation sea-horse opti
11、mi-zation,CCMSHO)。在 d-q 轴坐标系下,通过建立PMSM 辨识模型,运用 CCMSHO 辨识出 PMSM 的 d、q轴电感,定子电阻,永磁体磁链,转动惯量和阻尼系数6 个参数。该算法采用 sin 混沌映射和随机反向学习策略使初始种群多样化;加入自适应云模型,提高算法全局和局部开发效率;在算法迭代后期,提高辨识精度的同时避免过度局部开发;通过 Tent 混沌映射和高斯变异对种群进行发散和聚集处理,提高算法收敛速度和精度。1 PMSM 数学模型本文在忽略 PMSM 涡流损耗、铁心磁滞损耗等因素下,通过 d-q 轴坐标系,建立 PMSM 的定子电压方程和机械运动方程:ud=Rsi
12、d+Lddiddt-Lqiqeuq=Rsiq+Lqdiqdt+Ldide+feTe=3pniq2id(Ld-Lq)+fJdmdt=Te-Bm-TL(1)式中:ud、uq、id、iq、Ld、Lq分别为 d、q 轴电压、电流和电感;Rs为定子电阻;f为永磁体磁链;e、m为 转子电角速度和机械角速度;pn为电机极对数;Te为电磁转矩;TL为负载扭矩;J 为转动惯量;B 为阻尼系数。在基于 PMSM 矢量控制策略下,待电机工作稳定时,did/dt、diq/dt 趋近于 0,可忽略不计,以 id=0 的电流控制策略,得到定子电压离散方程和机械运动离散方程:ud(k)=-Lqiq(k)e(k)uq(k)=
13、Rsiq(k)+fe(k)Te(k)=3pniq(k)2fJm(k)Ts=Te(k)-Bm(k)-TL(2)式中:Ts为采样周期;m(k)为 k 时刻机械角速度增量,m(k)=m(k)-m(k-1)。为求解 Ld、Lq、f、Rs、B 和 J 6 个参数,需构造满秩方程组6。以 id0 电流控制策略,结合式(2)得到满秩方程:ud0(k)=-Lqiq0(k)e0(k)uq0(k)=Rsiq0(k)+fe0(k)ud1(k)=Rsid1(k)-Lqiq1(k)e1(k)uq1(k)=Rsiq1(k)+Ldid1(k)e1(k)+fe1(k)m0(k)=Te0(k)-TLB-m0(k)BTsJm1(
14、k)=Te1(k)-TLB-m1(k)BTsJ(3)式中:ud0(k)、uq0(k)、iq0(k)、e0(k)、Te0(k)和 ud1(k)、uq1(k)、id1(k)、iq1(k)、e1(k)、Te1(k)分别为以在 id=0和 id=-2 A 控制策略下为例,在 t0t1和 t2t3采样的第 k 次数据,由图 1 数据采集策略图所示;m0(k)和m1(k)分别为第 k 周期两种控制策略下机械角速度增量;Ld、Lq、Rs、f、J、B 为需辨识参数。图 1 数据采集策略图2 改进海马优化算法2.1 原始海马优化算法海马优化算法10(SHO)模拟海马群在自然界中的运动、捕食和繁殖行为进行寻优。海
15、马探索阶段主要负责全局探索,海马个体通过正态分布 h 选择运动模式进行位置更新。位置更新公式为08 第 2 期曹永娟等:改进海马优化算法的永磁同步电机多参数辨识 Xt+1ij=Xtij+Levy()xyz(Xbestij-Xtij)+Xbestijh0Xtij+r(Xtij-tXbestij)lth0(4)式中:Xtij为第 t 次迭代时,第 i 只海马在 j 维中的位置;Xbestij为种群中最优位置;x、y、z 分别为 cos、sin 和,其中=uev,u=0.05,v=0.05,在0,2之间;r 为0,1之间随机数;l 为固定常数 0.05;h 为正态分布随机数,均值为 0,方差为 1;
16、Levy()为莱维飞行分布函数,Levy()计算公式如式(5)所示,t为服从正态分布的布朗运动随机游走系数;t计算公式如式(6)所示。Levy()=s1(5)t=12exp-(Xtij)22(6)式中:为0,2之间控制参数;s 为固定常数 0.01;和 为0,1之间控制参数。计算公式为=(1+)sin22-12(1+2)(7)式中 为伽马函数。海马捕食阶段主要根据探索阶段选出的最优个体进行局部探索。该阶段采用捕食成功概率来选择不同运动模式,其中捕食成功概率超过 90%。海马捕食结果由随机值 r 确定。位置更新公式为Xt+1ij=(bestij-rXtij)+(1-)Xbestijr0.1(1-
17、)(Xtij-rXbestij)+Xtijr0.1(8)随迭代线性减小,计算公式为=(1-tT)2tT(9)式中 T 为最大迭代次数。海马群繁殖阶段主要进行局部寻优。在该阶段,海马子代会随机继承探索和捕食阶段父母双方的基因,以寻找最优个体。具体位置更新公式为Xt+1ij=rXfij+(1-r)Xmij(10)式中:Xfij和 Xmij分别为海马雄性和雌性位置。2.2 改进海马优化算法2.2.1 sin 混沌映射和随机反向学习由式(4)可知,初始最优海马个体在海马探索阶段处于领导地位。为了使初始种群分布更均匀,提升前期收敛速度,本文使用 sin 混沌映射反向学习改善初始化种群分布11。sin 函
18、数可以生成随机混沌序列Xn+1,用于初始化种群。具体生成公式为Xn+1=sin(Xn)0Xn1(11)式中:n 为种群数量;为0,1之间的控制参数。生成的混沌序列需要映射到种群,以实现对种群位置的更新。映射公式如下:Xij=lj+Xn+1(uj-lj)(12)式中:uj、lj分别为第 j 维上下界。为避免 sin 混沌映射生成种群存在局部集中,使用随机反向学习策略,对种群位置进一步更新。具体更新公式为Xfxij=uj+lj-rXijd(13)式中:d 为边界限制参数,d 在0.5,1之间。最后,将 sin 混沌映射和随机反向学习种群合并,得到初始化种群。2.2.2 自适应云模型云模型12常用于
19、智能算法等场景。它用期望 Ex描述数值定性,熵 En 描述输出数值离散程度,超熵 He 描述输出数值随机性。云模型生成雨滴具体实现步骤如下:生成每个雨滴的正态分布随机熵 Eni为Eni=normrnd(En,He2)(14)生成每个雨滴的正态分布随机数 xi为xi=normrnd(Ex,Eni)(15)生成每个雨滴的隶属度 yi为yi=exp-(xi-Ex)2/2En2i(16)在云模型中,设置 Ex=3,En=0.4,He=0.2,生成1 000 滴雨滴。其中,Ex 为雨滴与设定量相似度的描述,将雨滴集中在设定量 3 附近;En 影响雨滴生成的离散程度;He 影响雨滴生成的随机性;雨滴分布状
20、况如图 2 所示。图 2 雨滴分布状况由式(8)可见,海马捕食阶段主要是局部搜索。本文利用自适应云模型,可根据 的变化自适应地调节种群在空间位置的离散和聚集程度。具体变换公18 仪 表 技 术 与 传 感 器第 2 期式如下:Ex=XbestijEn=He=10-bEnXt+1ij=Cloud(Ex,En,He)(17)式中:为0,1之间的控制参数;b 为正整数;Cloud为云模型函数。2.2.3 Tent 混沌映射和高斯变异由式(10)可知,海马子代随机继承父母双方基因。这意味着海马子代的适应度值很大程度上取决于父母双方位置的优劣。为了改善这一情况,在海马群繁殖阶段,本文加入 Tent 混沌
21、映射11和高斯变异13。设 Ji为每只海马的适应度,Ja为总的海马群适应度均值。本文对 JiJa的海马使用 Tent 混沌映射使其向四周发散;对 JiJa的海马使用高斯变异使其向中心聚拢,最后将2 组海马群体分别进行繁殖,用于种群位置更新。由于 Tent 混沌映射在调节种群位置时,易缺乏随机性和出现不动点,因此,在其基础上加入随机变量,改进后公式为Xn+1=2Xn+r/q0Xn0.50.5Xn+r/q0.5Xn1(18)式中 q 为种群数量。接着将序列 Xn+1映射于种群位置,映射公式和式(12)相同。高斯变异调节种群位置公式为Xij=e(1+)Xij(19)式中:e 为0,1之间控制参数;为
22、高斯分布随机数,均值为 0,方差为 1。2.2.4 CCMSHO 算法流程图根据上述改进策略,CCMSHO 工作流程图如图 3所示。图 3 CCMSHO 工作流程图3 基于 CCMSHO 的 PMSM 参数辨识为了将 PMSM 参数辨识转化为参数寻优问题,本文定义适应度函数如下:f1()=h1ud0(k)-ud0(k)2+h2uq0(k)-uq0(k)2+h3ud1(k)-ud1(k)2+h4uq1(k)-uq1(k)2(20)f2()=h5m0(k)-m0(k)2+h6m1(k)-m1(k)2(21)式中:h1、h2、h3、h4、h5、h6为适应度函数的权重系数,表示各参数的重要程度,h1、
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 改进 海马 优化 算法 永磁 同步电机 参数 辨识
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。