帶有不匹配干擾的永磁電機電磁波形優(yōu)化控制分析

屈文斌

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

0 引言

永磁電機是實現(xiàn)交流發(fā)電的高負荷電機設(shè)備。在采用永磁電機進行發(fā)電過程中，永磁電機輸出電磁信號受到擾動因素的干擾，常常導(dǎo)致永磁電機的輸出波形出現(xiàn)失真的情況，需要進行永磁電機的不匹配干擾抑制。研究永磁電機的電磁波信號控制方法，在永磁電機的優(yōu)化設(shè)計和智能控制中具有重要意義，相關(guān)的永磁電機電磁波形優(yōu)化控制方法研究受到人們的極大關(guān)注[1]。傳統(tǒng)永磁電機電磁波形優(yōu)化控制方法主要有小波檢測法、FrFT(分數(shù)階傅里葉變換)法，這些方法具有一定的電磁波形控制性能，但在不匹配干擾條件下易出現(xiàn)波形失真的情況。

針對傳統(tǒng)方法存在的問題，本文提出帶有不匹配干擾的永磁電機電磁波形優(yōu)化控制方法，構(gòu)建永磁電機的電磁波信號輸出抗干擾抑制模型，結(jié)合自適應(yīng)的濾波算法，進行永磁電機的輸出波形控制優(yōu)化，實現(xiàn)永磁電機電磁波形優(yōu)化控制的優(yōu)化，提高永磁電機的自適應(yīng)控制能力和抗干擾能力，最后進行仿真測試分析，得出有效性結(jié)論。

1 永磁電機電磁波的信號模型及抗干擾抑制

1.1 永磁電機電磁波的信號模型構(gòu)建

為實現(xiàn)帶有不匹配干擾的永磁電機電磁波形優(yōu)化控制，在匹配干擾環(huán)境下進行永磁電機電磁波的信號模型構(gòu)造[2]。永磁電機電磁波信號的特征分布序列為s1(t)，s2(t),…,sL(t)，表示為一組零均值、非高斯的統(tǒng)計特征序列，在高斯噪聲干擾下，采用統(tǒng)計獨立的隨機分布信號檢測方法，進行永磁電機電磁波信號的輸出轉(zhuǎn)換控制，采用時頻特征分析方法，進行帶有不匹配干擾的永磁電機電磁波形輸出轉(zhuǎn)換，建立永磁電機電磁波形的特征提取模型[3]，對永磁電機電磁波形采樣節(jié)點分布聚類滿足：

r≤2D2/λ

(1)

D為永磁電機電磁波形的傳輸半徑；λ為永磁電機電磁波形的波長。假定永磁電機電磁波形的采樣傳感器由N=2P個陣元組成，采用圓形陣列進行永磁電機電磁波形近場源分布式結(jié)構(gòu)重組，永磁電機電磁波信號時間序列模型為

(2)

si(t)為永磁電機電磁波形的分布序列；φmi為永磁電機電磁波信號的徑向相位；e為電磁波信號的單位流量；nm(t)為干擾色噪聲。在不匹配干擾下，結(jié)合分數(shù)階傅里葉變換，構(gòu)建永磁電機電磁波信號的特征分布式解析模型為

(3)

z(t)為原始永磁電機電磁波形的實部；x(t)為永磁電機電磁波形的離散特征分布序列；y(t)為永磁電機電磁波信號解析模型的虛部。在阻尼電阻約束下，采用混合雙饋入直流輸電控制方法，得到包絡(luò)和相位分別為：

(4)

(5)

a(t)為信號的復(fù)包絡(luò)；θ(t)為電機雙饋入直流輸入的相位漂移。其值都與永磁電機電磁波信號的采集時間有關(guān)。根據(jù)上述分析，構(gòu)建永磁電機電磁波的信號模型為

h(t)=a(t)[1-θ(t)]

(6)

得到永磁電機電磁波的信號模型后，根據(jù)電磁波形的4階混合累積量切片得到信號抗不匹配干擾抑制輸出量，完成信號的抗干擾抑制[4]。

1.2 信號抗不匹配干擾抑制

分析永磁電機的間諧波產(chǎn)生，結(jié)合永磁電機電磁波信號檢測模型進行信號的抗干擾設(shè)計，再采用分數(shù)階Fourier變換對永磁電機電磁波信號進行抗干擾處理，采用最大功率點跟蹤方法構(gòu)建永磁電機電磁波信號的特征分解模型[5]，表示為

(7)

3[x(n)x(n+τ)][x2(n+τ)]

(8)

在最大功率點處進行永磁電機電磁波信號的噪聲抑制，對永磁電機電磁波信號中的高斯白噪聲和高斯色噪聲的干擾項進行有效抑制[7]，得到永磁電機電磁波信號的能量輸出為

(9)

建立永磁電機電磁波信號的特征參數(shù)提取模型，得到電磁波形的4階混合累積量切片為

(10)

γ為永磁電機電磁波信號的能量峰度；h(j)為電磁波形輸出量；h3(j+τ)為電磁波形特征量。分析電磁信號的三點振蕩特性，采用開路電壓的穩(wěn)態(tài)特征分析方法，進行永磁電機電磁波的信號時頻轉(zhuǎn)換，輸出Xp(u)，則信號抗不匹配干擾抑制輸出為

Yp(u)=Xp(u)+c4w(τ)γ

(11)

根據(jù)信號抗不匹配干擾抑制輸出，進行信號抗不匹配干擾抑制[8]。

2 永磁電機電磁波形優(yōu)化控制優(yōu)化

2.1 永磁電機電磁波形聚焦處理

在上述采用匹配濾波檢測器進行永磁電機電磁波形輸出抗干擾抑制的基礎(chǔ)上，進行永磁電機電磁波形優(yōu)化控制設(shè)計。提取永磁電機電磁波形信號的統(tǒng)計特征量，結(jié)合關(guān)聯(lián)特征譜分析方法進行永磁電機電磁波信號的耦合處理[9]，在t域內(nèi)得到永磁電機電磁波信號x(t)的p階分數(shù)階Fourier變換值Xp(u)，即永磁電機電磁波形的輸出統(tǒng)計特征量為

(12)

p為分數(shù)階Fourier變換的階數(shù)；Kp(t,u)為永磁電機電磁波的模糊變換核。

建立永磁電機電磁波信號的模糊特征匹配模型，采用自適應(yīng)的波束形成方法進行永磁電機電磁波形聚焦處理，得到聚焦角α=pπ/2，構(gòu)建雙饋入直流輸電控制模型，結(jié)合共軛特征提取方法，得到Kp(t,u)的計算式為

(13)

n為整數(shù)，即n∈Z。對于混合多饋入直流輸電模式下的非零永磁電機電磁波信號，采用譜分離方法[10-13]，進行匹配干擾抑制，得到前饋解耦控制輸出的頻域變換Xp(u)表示為

(14)

綜上分析，根據(jù)前饋解耦控制輸出的頻域變換，完成永磁電機的電磁波形聚焦處理。在此基礎(chǔ)上根據(jù)永磁電機電磁波信號進行的分數(shù)階Fourier變換進行永磁電機電磁波形優(yōu)化控制[14]。

2.2 電機輸出控制

根據(jù)特征聚集結(jié)果進行永磁電機電磁波形的輸出轉(zhuǎn)換控制和匹配干擾抑制，提高永磁電機電磁波形的輸出穩(wěn)定性，對永磁電機電磁波信號進行特征分離和匹配濾波檢測[15]，在確定性的擾動步長下，對接收的永磁電機電磁波信號進行的分數(shù)階Fourier變換為

Fp(u)=Fa[s(t)]+Fa[n(t)]

(15)

Fa[s(t)]為輸入信號的Fourier變換值；Fa[n(t)]為擾動信號的Fourier變換值。將分數(shù)階Fourier變換后的永磁電機電磁波信號進行譜聚焦處理，分析輸出振蕩模式下的電磁波形，得到優(yōu)化控制參量解算結(jié)果為

c(n,τ)=Fp(u)Xp(u)

(16)

通過上述算法設(shè)計，進行永磁電機電磁波形的輸出轉(zhuǎn)換控制和匹配干擾抑制，提高永磁電機電磁波形的輸出穩(wěn)定性，控制模型的實現(xiàn)流程如圖1所示。

圖1 控制模型實現(xiàn)流程

根據(jù)式(16)得到的優(yōu)化控制參量結(jié)果及圖1所示的控制模型流程，完成對永磁電機電磁波形的優(yōu)化控制。

3 仿真測試分析

為驗證本文方法在實現(xiàn)永磁電機電磁波形的抗干擾抑制和優(yōu)化控制中的應(yīng)用性能，采用MATLAB.7編程軟件進行仿真測試，建立永磁電機電磁波信號檢測模型。結(jié)合匹配濾波干擾方法，對永磁電機電磁波信號進行干擾抑制，首先對電磁波的原始信號采樣，其中，永磁電機電磁波形采樣頻率為120 kHz，窗口寬度T=2 ms，電磁波形的采樣點數(shù)N=1 000，匹配干擾的信噪比為-10 dB，得到永磁電機電磁波信號在不匹配干擾下的時域波形如圖2所示。

圖2 永磁電機電磁波信號時域波形

由圖2可知，原始的永磁電機電磁波信號受到較大的不匹配干擾，難以實現(xiàn)有效的檢測。采用本文方法進行永磁電機電磁波檢測和控制，采用自適應(yīng)的波束形成方法進行永磁電機電磁波形聚焦處理，并與小波檢測方法進行對比，得到永磁電機電磁波信號檢測輸出譜峰如圖3所示。

由圖3可以看出，采用小波檢測方法無法得出清晰的電磁信號譜峰，而采用本文方法，能夠準(zhǔn)確聚焦永磁電機波形，得到清晰的電磁信號輸出譜峰。由此可見，本文方法的抗干擾能力較強。

圖3 永磁電機電磁波信號譜峰檢測結(jié)果

采用1 000次Monte Carlo試驗方法對永磁電機電磁波檢測和控制，并采用小波檢測方法和FrFT檢測方法為實驗對比方法，得出電磁波形檢測概率為

(17)

ga為檢測得到的波形信號；gb為波形原始信號。通過式(17)得到電磁波形檢測概率如表1所示。

表1 電磁波形檢測概率

分析表1得知，信噪比越小，電磁波形檢測概率越小，當(dāng)信噪比為-25 dB時，小波檢測法和FrFT檢測方法得到的電磁波形檢測概率均為0，而本文方法的電磁波形檢測概率為0.076，隨著信噪比逐漸增加，本文方法的電磁波形檢測概率均高于對比方法。表1結(jié)果表明，本文方法對永磁電機電磁波形的輸出轉(zhuǎn)換控制能力較好，應(yīng)用該方法能夠有效提高永磁電機電磁波信號的檢測性能。

4 結(jié)束語

在不匹配干擾抑制下構(gòu)建永磁電機的電磁波信號輸出抗干擾抑制模型，結(jié)合自適應(yīng)的濾波算法，進行永磁電機的輸出波形控制，提高永磁電機的自適應(yīng)控制能力和抗干擾能力，本文提出基于帶有不匹配干擾的永磁電機電磁波形優(yōu)化控制方法。對于混合多饋入直流輸電模式下的非零永磁電機電磁波信號，采用譜分離方法，進行匹配干擾抑制，采用自適應(yīng)的波束形成方法進行永磁電機電磁波形聚焦處理，結(jié)合模糊信息聚類，進行永磁電機電磁波形優(yōu)化控制。仿真測試結(jié)果表明，本文方法能有效提高永磁電機電磁波形的輸出穩(wěn)定性，抗干擾性較好，對永磁電機電磁波形的檢測性能較強。