CN111880091A - 一种双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法，用于输出双轴励磁同步调相机励磁系统参数的θ(k_P,k_I,k_D)的最优解，包括步骤：构建双轴励磁系统仿真模型M₁；确定等价标准J₁和J₂；对双轴励磁同步调相机励磁系统以信号X₁和X₂进行扰动试验，获取各真实响应指标Y_2i；还包括步骤：对应参数θ(k_P,k_I,k_D)的值进行选取，将参数θ(k_P,k_I,k_D)的值代入M₁，并对其以信号X₁和X₂进行扰动试验，获取各仿真响应指标Y_1i；计算Y_2i与Y_1i之间的误差e_i，确定e_i对应的权重W_i，其中∑W_i＝1；若e_i满足等价标准J₁和J₂，计算误差e_i的加权值e_w；若该e_w为最小值e_wmin，将参数θ(k_P,k_I,k_D)的值作为最优解输出；其中Y_1i与Y_2i的数量均为2；本发明能够在双轴励磁同步调相机励磁系统的参数解集簇中找到最优解，并且在可接受的精度范围内尽量提高辨识速度。

Description

一种双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法

技术领域

本发明涉及一种系统参数辨识方法，尤其涉及一种调相机励磁系统参数辨识方法。

背景技术

为了在运行时能获取电机参数的准确信息，对电机施加特定的励磁信号，采集系统反馈量进行相应的数据处理，得到电机参数后利用程序将电机内的参数更新。这种在电机处于非正常运行状态下测定电机参数的方法，称为参数辨识。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法，其能够在双轴励磁调相机励磁系统的参数解簇中找到最优解，并且在一定精度范围内提高辨识速度。

为了实现上述目的，本发明提出了一种双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法，该方法用于输出双轴励磁同步调相机励磁系统的参数θ(k_P,k_I,k_D)的最优解，包括步骤：构建包含参数θ(k_P,k_I,k_D)的双轴励磁同步调相机励磁系统的励磁系统仿真模型M₁；参考《同步发电机励磁系统建模导则》确定有功功率等价标准J₁： P_st∈[-5％P_N,5％P_N]，P_N为额定有功功率；确定无功功率等价标准J₂： Q_st∈[-2％Q_N,2％Q_N]，Q_N为额定无功功率；对所述双轴励磁同步调相励磁系统以信号X₁和X₂作为扰动信号进行扰动试验；激励信号常选用阶跃信号、白噪声信号或伪随机二进制序列PRBS及三角波信号等；获取各真实响应指标Y_2i，包括真实无功功率Q₂，真实有功功率P₂；其特征在于，还包括步骤：确定真实有功功率P₂与仿真有功功率P₁之间的有功功率误差e₁，真实无功功率Q₂与仿真无功功率Q₁之间的误差e₂分别对应的权重W_i，其中∑W_i＝1；以及

S1、对所述参数θ(k_P,k_I,k_D)的值进行选取，将该参数θ(k_P,k_I,k_D)的值代入所述励磁系统仿真模型M₁，并对该励磁系统仿真模型M₁以所述信号X₁和X₂作为扰动信号进行扰动试验，获取各仿真响应指标Y_1i，包括仿真无功功率Q₁，仿真有功功率P₁；

S2、计算各仿真响应指标Y_1i与各真实响应指标Y_2i之间的误差e_i，包括真实有功功率P₂与仿真有功功率P₁之间的有功功率误差e₁，真实无功功率Q₂与仿真无功功率Q₁之间的误差e₂；若该误差e_i满足等价标准J₁和J₂，则进入S3，否则返回步骤S1；

S3、基于所述权重W_i计算所述误差e_i的加权值e_w，其中e_w＝∑e_i·W_i；若该e_w为最小值e_wmin，则进入步骤S4，否则返回步骤S1；

S4、将所述参数θ(k_P,k_I,k_D)的值作为最优解输出；

其中，各真实响应指标Y_2i与各仿真响应指标Y_1i的数量均为2。

本发明所述的双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法的构思是，利用导则约束和最优解约束两步判定来寻找参数θ的最优解；其中导则约束用于使误差e_i保持在一定精度范围内从而平衡了精度和速度，优化了算法；，最优解约束用于提高辨识速度，用加权法将2个误差e_i统一用单个加权值e_w进行衡量，从而简化了算法，在提高辨识速度的同时也方便了根据对各误差e_i重要程度的要求的不同而对其赋予相应的不同的权重W_i，满足了实际需求。

关于本发明的数学模型

设系统模型参数为θ时，各项指标的仿真值与试验值的误差为e_i，e_i是θ的函数 e_i＝F(θ)；

根据需求，各项指标的权重分别为W_i，则指标误差加权值为：

e_w＝∑e_i·W_i

其中权重满足其中∑W_i＝1。本发明以上述方程为判定函数，旨在寻找判定函数达到最小值时相对应的系统模型参数θ_opt；

最优解判定原则的数学模型为

其须满足两个约束条件：一为导则约束，二为最优解约束，

导则约束为：

等价标准J₁：

P_st∈[-5％P_N,5％P_N]

所述等价标准J₂：

Q_st∈[-2％Q_N,2％Q_N]

其中，P_st为有功功率等价标准，e_wmin为无功功率等价标准；

最优解约束为：

下面描述本发明进一步的技术方案

进一步地，在本发明所述的双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法中，所述信号X₁和X₂可为阶跃信号，白噪声信号或伪随机二进制序列PRBS及三角波信号。

通过对比仿真模型与实际模型的响应指标来进行励磁系统的参数辨识。

进一步地，在上述双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法中的一个实例中，所述各真实响应指标Y_2i与各仿真响应指标Y_1i的数量均为2，所述各真实响应指标Y_2i包括真实有功功率P₂、真实无功功率Q₂

所述各仿真响应指标Y_1i包括仿真有功功率P₁、仿真无功功率Q₁；

所述误差e_i包括真实有功功率P₂与仿真有功功率P₁之间的有功功率误差e₁、真实无功功率Q₂与仿真无功功率Q₁之间的无功功率误差e₂；

所述权重W_i包括有功功率权重W₁、无功功率权重W₂。

等价标准J₁为：

P_st∈[-5％P_N,5％P_N]

所述等价标准J₂为：

Q_st∈[-2％Q_N,2％Q_N]

其中，P_st为有功功率等价标准，Q_st为无功功率等价标准。

所述误差e_i满足等价标准J₁和J₂是指有功功率误差e₁、无功功率误差e₂同时分别对应满足有功功率等价标准P_st、无功功率等价标准Q_st

进一步地，在本发明所述的双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法中，所述参数θ包括比例参数K_p、积分参数K_i以及微分参数K_D

所述参数θ为控制环节PID参数

本发明具有以下优点：

(1)引入了最优解约束，使得本发明方法的各相指标误差e_i比传统人工辨识方法更小，辨识结果更优

(2)本发明方法以最小值e_Wmin确定最优解，具有更好的准确性和鲁棒性。

(3)本发明综合使用导则约束和最优解约束。导则约束使误差e_i保持在可接受的精度范围内，从而平衡了精度和速度，优化了算法；最优解约束利用加权法简化算法，提高了辨识速度，同时方便分别对各误差e_i重要程度的要求的不同而对其赋予相应不用的权重，满足实际需求。

附图说明

图1为系统辨识原理图；

图2为本发明所述的双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法在一种实施方式下的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书和具体的实例对本发明所述的双轴励磁同步调相机励磁参数系统辨识方法做出进一步的解释说明。

本实例中，待辨识的双轴励磁同步调相机励磁系统采用直流励磁方式，待辨识参数θ为控制环节PID参数，包括比例参数K_P积分参数K_I和微分参数K_D，扰动试验的扰动信号X₁和X₂常选用阶跃信号、白噪声信号或伪随机二进制序列PRBS及三角波信号等。本发明采用经典的阶跃响应辨识方法，具有直观性强，操作简单，试验时间短等优点。相应指标考察有功功率、无功功率两个，即相应响应指标数量N取2，因此，本实例中i＝1,2,。

如图2所述，本实施例的方法对上述待辨识的双轴励磁同步调相机励磁系统的参数θ进行辨识，输出其最优解，包括步骤：

A1、对待辨识的双轴励磁同步调相机励磁系统以阶跃信号X₁和X₂作为扰动信号进行空载扰动试验，获取各真实响应指标Y_2i，包括真实有功功率P₂、真实无功功率 Q₂。

A2、规则制定，包括：

构建待辨识的双轴励磁同步调相机励磁系统的励磁系统仿真模型M₁；

等价标准J₁为：P_st∈[-5％P_N,5％P_N]；所述等价标准J₂为：Q_st∈[-2％Q_N,2％Q_N]

其中，P_st为有功功率等价标准，Q_st为无功功率等价标准；

确定各真实响应指标Y_Ri对应的权重W_i，包括有功功率权重W₁、无功功率权重 W₂，本实施例中有功功率权重W₁设为0.2，无功功率权重W₂设为0.8，符合∑W_i＝1。

A3、参数调整，包括：

对参数θ的值进行选取，将该参数θ的值代入所述励磁系统仿真模型M₁

A4、标准判定，包括：

对励磁系统仿真模型M₁真以阶跃信号X₁和X₂以作为扰动信号进行扰动试验，验获取各仿真响应指标Y_1i，包括仿真有功功率P₁仿真无功功率Q₁；

计算各仿真响应指标Y_1i与各真实响应指标Y_2i之间的误差e_i，包括真实有功功率P₂与仿真有功功率P₁之间的有功功率误差e₁，真实无功功率Q₂与仿真无功功率Q₁之间的无功功率误差e₂；若该误差e_i满足等价标准J₁和J₂，即有功功率误差e₁，无功功率误差e₂分别对应满足有功功率等价标准P_st，无功功率等价标准Q_st，则进入步骤A5，否则，返回步骤A3。

A5、最优解判定，包括：

基于权重W_i计算误差e_i的加权值e_w，其中e_w＝∑e_i·W_i；

若该e_w为最小值e_wmin，则进入步骤A6，否则返回步骤A3；

A6、输出参数θ数包括优化比例参数K_P积分参数K_I和微分参数K_D。

本发明提出的双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法具有更好的准确性和鲁棒性，在工程中有着一定的优越性和实际应用价值。要注意的是，以上列举仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，最优有着许多类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法，该方法用于输出双轴励磁同步调相机励磁系统的参数θ(k_P,k_I,k_D)的最优解，包括步骤：构建包含参数θ(k_P,k_I,k_D)的双轴励磁同步调相机励磁系统的励磁系统仿真模型M₁；确定有功功率等价标准J₁：P_st∈[-5％P_N,5％P_N]，P_N为额定有功功率；确定无功功率等价标准J₂：Q_st∈[-2％Q_N,2％Q_N]，Q_N为额定无功功率；对双轴励磁同步调相励磁系统以信号X₁和X₂作为扰动信号进行扰动试验，获取各真实响应指标Y_2i，包括真实无功功率Q₂，真实有功功率P₂；其特征在于，还包括步骤：确定真实有功功率P₂与仿真有功功率P₁之间的有功功率误差e₁，真实无功功率Q₂与仿真无功功率Q₁之间的误差e₂分别对应的权重W_i，其中∑W_i＝1；以及

S1、对所述参数θ(k_P,k_I,k_D)的值进行选取，将该参数θ(k_P,k_I,k_D)的值代入所述励磁系统仿真模型M₁，并对该励磁系统仿真模型M₁以所述信号X₁和X₂作为扰动信号进行扰动试验，获取各仿真响应指标Y_1i，包括仿真无功功率Q₁，仿真有功功率P₁；

S2、计算各仿真响应指标Y_1i与各真实响应指标Y_2i之间的误差e_i，包括真实有功功率P₂与仿真有功功率P₁之间的有功功率误差e₁，真实无功功率Q₂与仿真无功功率Q₁之间的误差e₂；若该误差e_i满足等价标准J₁和J₂，则进入S3，否则返回步骤S1；

S3、基于所述权重W_i计算所述误差e_i的加权值e_w，其中e_w＝∑e_i·W_i；若该e_w为最小值e_wmin，则进入步骤S4，否则返回步骤S1；

S4、将所述参数θ(k_P,k_I,k_D)的值作为最优解输出；

其中，各真实响应指标Y_2i与各仿真响应指标Y_1i的数量均为2。

2.如权利要求1所述的双轴励磁同步调相机励磁系统参数识别方法，其特征在于，所述信号X₁和X₂可以为阶跃信号,白噪声信号或伪随机二进制序列PRBS及三角波信号。

3.如权利要求1所述的双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法，其特征在于，所述各真实响应指标Y_2i与各仿真响应指标Y_1i的数量均为2，所述各真实响应指标Y_2i包括真实无功功率Q₂，真实有功功率P₂；各仿真响应指标Y_1i包括仿真无功功率Q₁，仿真有功功率P₁；

所述误差e_i包括真实有功功率P₂与仿真有功功率P₁之间的有功功率误差e₁，真实无功功率Q₂与仿真无功功率Q₁之间的误差e₂；所述权重W_i包括有功功率权重W₁，无功功率权重W₂。

4.如权利要求1所述的双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法，其特征在于，所述等价标准J₁为：

P_st∈[-5％P_N,5％P_N]，P_N为额定有功功率

所述等价标准J₂为：

Q_st∈[-2％Q_N,2％Q_N]，Q_N为额定无功功率

其中，P_st为有功功率等价标准，Q_st为无功功率等价标准；所述误差e_i满足等价标准J₁和J₂是指有功功率误差e₁，无功功率误差e₂同时分别对应满足有功功率等价标准P_st，无功功率等价标准Q_st。

5.如权利要求1所述的双轴励磁同步调相机励磁系统参数辨识方法，其特征在于，所述参数θ(k_P,k_I,k_D)包括比例参数K_P，积分参数K_I和微分参数K_D。

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