交流异步电力测功机系统软测量技术研究

论文摘要

测功机是对各种动力与传动机械进行性能测试的主要设备。鼠笼式转子结构的交流异步电力测功机由于具备电机结构简单,精度高,测功范围广,试验条件容易控制等优点,近年来得到了广泛的应用。在变频调速装置控制下,交流异步电力测功机不但能够为被测试设备加载转矩进行功率测试,而且还能作为电动机拖动被测试设备进行冷磨合等试验。同时所吸收的机械能还能转换为电能实现能量回馈和系统的电封闭。本文选取交流异步电力测功机系统为研究对象,讨论了其系统基本组成,开展了转速和转矩的软测量技术研究。首先以某型号某摩托车发动机实验台架为例,全面阐述了交流异步电力测功机的测功原理,讨论了保证交流异步电力测功机系统工作稳定的条件。在分析建立了交流异步电力测功机的数学模型的基础上,给出了整个测试系统的数学模型。由软测量模型所需要的辅助变量为方向,搭建了系统实验中所需要的定子电流、电压的采集电路。接着从交流异步电力测功机的数学模型出发,采用人工神经网络的方法建立了交流异步电力测功机系统的软测量模型,进行系统转速、转矩的辨识,并给出了仿真结果,并对结果进行了分析。分析表明该软测量模型能对估计量进行一定精度地估计,但是由于交流异步电力测功机电气参数的变化以及运行中损耗的存在,及采用的神经网络模型的结构问题,估计输出还存在着一定的误差。为改善软测量模型输出结果的误差和进一步提高转速和转矩估计的精度,建立了实际系统中转速和转矩非线性函数的一般形式,利用支持向量回归机能够在全局意义上逼近任意非线性函数的特点,构建了基于支持向量回归机的交流异步电力测功机系统的稳态软测量模型。实验证明了该软测量模型能够在小样本点的情况下对转速和转矩进行有效地估计,精度得到了进一步提高。且该算法中使用支持向量回归机来实现变量的非线性映射,使之能够应用在交流异步电力测功机这样一个非线性系统建模中,并具有一定的鲁棒性。最后,依据国家相关标准,对各种软测量模型的工程应用前景进行了探讨,并分析各模型误差的来源,提出了减少误差的研究思路和方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文背景与国内外测功机系统的发展现况
• 1.2 测功机种类、特点及其发展现状
• 1.2.1 水力测功机
• 1.2.2 电涡流测功机
• 1.2.3 电力测功机
• 1.2.4 交流电力测功机
• 1.3 本文研究的内容与方法
• 1.3.1 交流变频异步电力测功机原理及数学模型分析
• 1.3.2 交流变频异步电力测功机软测量技术
• 1.4 课题来源与本文内容安排
• 第2章 交流电力测功机测功原理及系统分析
• 2.1 交流电力测功机系统测功原理
• 2.1.1 测功（即发电）运行稳态转矩分析
• 2.1.2 拖动（即电动）运行稳态转矩分析
• 2.2 电力测功机系统工作稳定性分析
• 2.2.1 测功运行工作稳定性分析
• 2.3 小结
• 第3章 交流电力测功机系统的数学建模方法
• 3.1 测功电机数学模型建立
• 3.1.1 三相坐标系中的数学模型
• 3.1.2 坐标变换和矢量变换
• 3.2 交流异步电力测功机数学模型建立
• 3.2.1 测功电机机在两相静止坐标系中的数学模型
• 3.2.2 变频器数学模型
• 3.2.3 整体数学模型建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于测功机模型的软测量技术及实现方法
• 4.1 测功机软测量模型建立
• 4.1.1 软测量模型及辅助变量的选取
• 4.2 软测量模型的输入输出值测量
• 4.2.1 电压信号的采集
• 4.2.2 电流信号的采集
• 4.3 人工神经网络软测量模型研究
• 4.3.1 人工神经网络在系统参数辨识方面的应用
• 4.3.2 神经网络结构及BP 神经网络
• 4.4 基于人工神经网络的电力测功机软测量模型
• 4.4.1 基于神经网络的测功机参数辨识方法
• 4.4.2 系统仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于支持向量回归机的软测量模型
• 5.1 支持向量机简介
• 5.1.1 标准支持向量回归机
• 5.1.2 核函数
• 5.2 基于支持向量机的软测量模型
• 5.2.1 软测量模型的建立
• 5.2.2 软测量模型结构
• 5.3 仿真及试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文