單相交流串勵(lì)電機(jī)無耦合測試系統(tǒng)研究.pdf

1、單相交流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可以交直流兩用，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)工具、家用電器等。目前，單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的性能測試主要使用各種力矩測試系統(tǒng)，在電機(jī)輸出端直接耦合標(biāo)定的加載轉(zhuǎn)矩，從而測出電機(jī)的性能。這種直接測試方法存在著諸如系統(tǒng)復(fù)雜、昂貴，安裝調(diào)試復(fù)雜、耗時(shí)，故障率高等一些缺點(diǎn)。
　　隨著對單相交流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)數(shù)量需求的穩(wěn)定增長以及對電機(jī)性能指標(biāo)的苛求，傳統(tǒng)的電機(jī)測試方法已無法滿足電機(jī)制造行業(yè)的需求。為簡化測試過程，降低測試成本，大幅度減少測

2、試時(shí)間，提高測試精度，需要對上述直接測試方法進(jìn)行改進(jìn)，或采用新的測試方法?；跀?shù)字信號(hào)處理和系統(tǒng)辨識(shí)的無耦合電機(jī)特性測試方法(虛擬測試系統(tǒng))與相關(guān)技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。本文提出了針對單相交流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的無耦合特性測試概念。應(yīng)用這種測試系統(tǒng)，只需將電機(jī)用簡單的卡具固定，在電機(jī)完全空載的情況下上電運(yùn)轉(zhuǎn)。在電機(jī)轉(zhuǎn)速由零升至空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程中，利用A/D采集卡獲取電機(jī)起動(dòng)過程的電壓和繞組電流數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得到被測電機(jī)的參數(shù)及特性。
　　為評

3、估電機(jī)的優(yōu)劣、進(jìn)行電機(jī)性能分析，幾乎需要知道電機(jī)的所有參數(shù)和特性，例如：繞組電阻、電感、摩擦系數(shù)、效率特性、轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性以及最大效率點(diǎn)等。在電機(jī)性能測試過程中，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性是非常重要的電機(jī)特性，如何快速、準(zhǔn)確地測量各類電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性歷來是電機(jī)測試方法、測試系統(tǒng)所關(guān)心的重要問題和評價(jià)的重要標(biāo)準(zhǔn)。單相串勵(lì)電機(jī)含有電刷和換相片，從電機(jī)的換相理論知道：電樞繞組線圈的換相過程會(huì)在繞組電流波形中加入短時(shí)的高頻干擾，從而引起繞組電流波

4、形的畸變。其幅值取決于換相電勢、換相電流的幅值，而其頻率則與電機(jī)轉(zhuǎn)速直接相關(guān)?？梢姡ㄟ^對電機(jī)電壓與/或繞組電流波形的分析，可以間接得到電機(jī)轉(zhuǎn)速。為獲得其他參數(shù)和特性，文中采用了基于電機(jī)數(shù)學(xué)模型的參數(shù)辨識(shí)技術(shù)。這種測試方法的目標(biāo)是通過測取少數(shù)易測變量，最終由計(jì)算機(jī)確定被測電機(jī)的相關(guān)參數(shù)。除少數(shù)直接測量變量，(如電機(jī)電壓與電樞電流)，其余參數(shù)均通過數(shù)學(xué)模型間接辨識(shí)得出。
　　為了獲得電機(jī)的參數(shù)，設(shè)計(jì)了基于模型參考自適應(yīng)反向應(yīng)用的電機(jī)

5、模型參數(shù)辨識(shí)方案，實(shí)際上電機(jī)模型的參數(shù)辨識(shí)是一個(gè)多維尋優(yōu)的計(jì)算過程。通過對被測電機(jī)施加輸入激勵(lì)，然后電機(jī)的部分輸出量作為電機(jī)模型輸入激勵(lì)，選取模型計(jì)算值與被測電機(jī)實(shí)測值之間差值的平方和作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，通過最小化目標(biāo)函數(shù)值，不斷地調(diào)整模型參數(shù)，尋找使模型輸出盡可能地與系統(tǒng)輸出相匹配的最優(yōu)化電機(jī)模型參數(shù)。由于本文的參數(shù)辨識(shí)是一個(gè)多尺度空間最優(yōu)化搜索的計(jì)算過程，并且電機(jī)參數(shù)及其特性之間具有較強(qiáng)的非線性關(guān)系，一般的優(yōu)化算法很難達(dá)到理想的效果

6、，因此本文針對單相交流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，提出了基于遺傳算法的電機(jī)模型參數(shù)辨識(shí)方法，并在實(shí)際中將基本遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)，提出了基于個(gè)體適應(yīng)度閥值的等級(jí)制遺傳算法(SHRGA)。為驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性，本文對應(yīng)用等級(jí)制遺傳算法辨識(shí)得到的參數(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)得到的參數(shù)進(jìn)行了對比驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用等級(jí)制遺傳算法對于解決單相串勵(lì)電機(jī)這類非線性、多目標(biāo)的函數(shù)優(yōu)化問題具有較好的效果。
　　本文在參數(shù)辨識(shí)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算得到單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的各種特性，并將