基于UKF的交流异步电力测功机软测量模型

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1、第27卷第11期计算机仿真2010年11月文章编号：1006-9348(2010)11-0286—05基于UKF的交流异步电力测功机软测量模型吴绪成，胡芳，张桂香，陈鸿蔚(湖南大学机械与运载工程学院，湖南长沙410082)摘要：研究汽车发动机性能，针对解决目前交流异步电力测功机系统转速和转矩的测量方法复杂、测试系统成本高等问题，从交流异步电力测功机的五阶状态方程出发，将系统加载转矩作为未知状态，为了提高测量的精度和转速的稳定性。建立了新的六阶交流异步电力测功机状态方程。在此基础上，采用无轨迹卡尔曼滤波算法(UKF)对转速和转矩进行估计。建立基于UKF的交流

2、异步电力测功机系统软测量模型。实验结果表明，模型能对系统的转速和转矩进行有效的估计，为发动机等传动设备的输入输出机械功率测试提供了一种新的方法。关键词：软测量；交流异步电力测功机；数学模型；无轨迹卡尔曼滤波中图分类号：TK417；TM391文献标识码：BSoftSensorModalofACAsynchronousElectricalDynamometerBasedonUKFWUXu—cheng，HUFang，ZHANGGui—xiang，CHENHong—wei(CollegeofMechanical＆VehicleEngineering，HunanUn

3、iversity，HunanChangsha410082，China)ABSTRACT：InordertosolvetheproblemofveryexpensiveandcomplicatedmeasurementsystemwhichisusedforspeedandtorqueoftheACasynchronouselectricaldynamometer，beginwiththefifth—ordersystemequationoftheACasynchronouselectricaldynamometer，anewsixth—orderequat

4、ionisproposedusingtorqueasunknowninput．ThentheunscentedKalmanfilter(UKF)isusedtoestimatethespeedandtorque，andasoftsensormodelbasedontheunscentedKalmanfilter(UKF)isputforward．TheexperimentalresultprovesthatthesoftsensormodelCanpro-vide彻effectiveestimateforthe8p∞dandtorque，anditaffo

5、rdsanewmethodforthemeasurementoftheinputpow-er，outputpowerandthetorqueinthepower—mechanicalfield．KEYWORDS：Soft—sensing；ACasynchronouselectricaldynamometer；Mathematicmodel；UnsecuredKalmanFilter1引言近年来，随着变频技术的迅速发展，交流异步电力测功机系统由于具备测功范围广、结构简单、控制平滑等优点，在动力测试领域如汽车发动机性能测试等方面得到了广泛的应用。在交流异步电力

6、测功机系统中，轴上的机械转矩和转速是系统的主要测试量。目前实用的转速和轴上机械转矩的测量有两种方法：第一种是使用平衡式交流异步电力测功机；第二种是安装高精度的扭矩仪或扭矩法兰进行检测。前者对电机结构有特殊的要求，增加了传动系统的复杂程度和系统的体积。后者需要高精度的转矩传感器，显著增加了系统的成本，而且对安装条件和使用环境要求严格。由于采用软测量技术对转矩进行估计可以有效地简化系统的结构，且对减小系统的13常维护有非常积极的意义，因此得到了国内外测控工作者的广泛关注。收稿日期：2009—07—22修回日期2009—10—12·-——286·-——文献[1]

7、提出来基于支持向量回归机的交流异步电力测功机软测量模型；文献[2]采用模糊辨识的方法建立了交流异步电力测功机系统的软测量模型。试验结果表明，上述方法都能对系统的转矩和转速进行一定精度上的估计，但是模型的建立严重依赖样本数据的分布，因此其应用得到了一定的限制。本文从传统的交流异步电力测功机五阶状态方程出发。将转矩作为一个新的状态变量，建立了新的交流异步电力测功机六阶状态方程，并采用UKF算法对转矩和转速同时进行估计，提出了基于UKF算法的交流异步电力测功机系统的软测量模型。与已有的软测量模型相比，本文提出的软测量模型不需要样本数据进行训练，从而有效的提高了软

8、测量方法在交流异步电力测功机系统中的应用范围。2交流异步电力测功机