基于遺傳算法的感應(yīng)電動機穩(wěn)態(tài)模型參數(shù)辨識
羅鵬輝，劉夢亭
(吉林大學(xué)，廣東珠海519041)
摘要：介紹了感應(yīng)電動機傳統(tǒng)的參數(shù)測試與識別方法，提出了基于遺傳算法的感應(yīng)電動機穩(wěn)態(tài)模型參數(shù)辨識方法，利用實際所測的電動機電流和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，結(jié)合感應(yīng)電動機穩(wěn)態(tài)模型電流特性方程，通過遺傳算法進行曲線擬合得到電機穩(wěn)態(tài)模型電流特性曲線及電機穩(wěn)態(tài)模型各參數(shù)值。試驗證明該設(shè)計參數(shù)辨識方法與傳統(tǒng)測試方法相比，準(zhǔn)確性和精度都有較大的提高，進一步驗證了該設(shè)計方法的可行性和有效性。
關(guān)鍵詞：遺傳算法；曲線擬合；感應(yīng)電動機；參數(shù)辨識
中圖分類號：TM346 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2010)01—0051—03
1傳統(tǒng)的參數(shù)測試方法和存在的局限性
傳統(tǒng)的感應(yīng)電動機穩(wěn)態(tài)模型T形等效電路參數(shù)測試方法是通過直流試驗、空載試驗和堵轉(zhuǎn)試驗[1]得到。感應(yīng)電動機空載試驗通過測量空載特性以確定電機機械損耗、鐵損耗及勵磁阻抗，在空載運行條件下，電機定子繞組接頻率為額定值的三相對稱電壓，電機不帶任何機械負(fù)載，以接近于同步速的轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)，這時轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子銅耗都很小，扣除機械損耗之后可認(rèn)為轉(zhuǎn)子支路開路。感應(yīng)電動機堵轉(zhuǎn)試驗(又稱短路試驗)通過測量堵轉(zhuǎn)特性以確定短路阻抗，在堵轉(zhuǎn)運行條件下，電機定子繞組仍接頻率為額定值的三相對稱電壓，但電機在外力作用下停止轉(zhuǎn)動，這時勵磁支路的阻抗相對轉(zhuǎn)子支路大得多，使轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子銅耗很大，而鐵損耗很低，故可認(rèn)為勵磁支路開路。T形等效電路在空載和堵轉(zhuǎn)兩種特殊工作條件下可以得到簡化，如圖1所示。
傳統(tǒng)的參數(shù)測試方法雖具有計算簡單的優(yōu)點，但同時也存在一些局限性[2-4]
(1)空載測試方法為簡化測試電路而省略了轉(zhuǎn)子回路，堵轉(zhuǎn)測試方法為簡化測試電路而省略了勵磁回路，這都是理想運行狀況，實際上空載時轉(zhuǎn)子回路總存在一定的損耗，而堵轉(zhuǎn)時勵磁回路也存在一定的損耗，因此空載測試和堵轉(zhuǎn)測試方法必然存在一定的誤差。
(2)實驗證明，當(dāng)電機的轉(zhuǎn)差遠(yuǎn)大于實際運行時的轉(zhuǎn)差時，轉(zhuǎn)子的集膚效應(yīng)嚴(yán)重，而堵轉(zhuǎn)試驗時電機的轉(zhuǎn)差s=1，這樣就會導(dǎo)致嚴(yán)重的集膚效應(yīng)，使其二次繞組參數(shù)與實際運行時的二次繞組參數(shù)相比有明顯偏差，測量參數(shù)出現(xiàn)誤差。
(3)由于堵轉(zhuǎn)試驗常常降壓進行，電機的勵磁水平遠(yuǎn)低于實際運行時的勵磁水平，這也導(dǎo)致了電機參數(shù)偏離實際運行時的參數(shù)。
2 感應(yīng)電動機的穩(wěn)態(tài)等效電路模型和電流特性方程
當(dāng)三相交流感應(yīng)電動機的定子繞組接到三相對稱的交流電源時，將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。根據(jù)磁通經(jīng)過的途徑和性質(zhì)，磁通可分為主磁通和漏磁通兩大類，如圖2所示。主磁通是指同時與定、轉(zhuǎn)子繞組交鏈，在氣隙中以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的基波磁通。  由于這部分磁通同時交鏈定子、轉(zhuǎn)子繞組，在定轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，進行能量轉(zhuǎn)換，故稱其為主磁通。感應(yīng)電動機的主磁通是旋轉(zhuǎn)磁通，其磁密波沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布，且以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，其值的大小代表磁密波每半個波的磁通量。漏磁通是指僅與定子繞組或轉(zhuǎn)子繞組一方交鏈的磁通。定子繞組的漏磁通分成三部分，一部分為槽漏磁通，另一部分為端部漏磁通，第三部分為諧波漏磁通：槽漏磁通是指橫穿定子槽的漏磁通；端部漏磁通是指與定子繞阻端部交鏈的漏磁通；諧波漏磁通是指氣隙中除主磁通(基波磁通)外的諧波磁通，又稱差漏磁。
3 基于遺傳算法的感應(yīng)電動機穩(wěn)態(tài)模型參數(shù)擬合
設(shè)感應(yīng)電動機穩(wěn)態(tài)模型工作電流測量值為I(Sk)=[I1(Sk)I2(Sk)...In(Sk)]T,其中n為實際測量感應(yīng)電動機電流信號值的個數(shù),I(Sk)為第j個電流信號在轉(zhuǎn)差率為Sk時的測量值,又高感應(yīng)電動機電流值向量的實際值為X(Sk)=[X1(Sk)X2(Sk)...Xn(Sk)]T,則有I(Sk)=X(Sk)+ω(Sk),其中ω表示測量噪聲,假設(shè)測量噪聲為白噪聲,即滿足標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N(μσ2);其方差σ取值為測量平均值的某個百分比.
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