本发明专利技术提供一种基于最大李雅普诺夫指数的无刷双馈电机混沌分析方法，该方法基于无刷双馈电机d-q轴数学模型，导出非线性微分方程；以转子运动时间常数的倒数为电机系统的控制参量，根据实际电机参数构建无刷双馈电机的混沌模型；通过计算混沌模型的最大Lyapunov指数，分析电机出现混沌现象时所对应的参数范围。采用Matlab建模仿真，论证了无刷双馈电机进入混沌运动状态时的参数条件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无刷双馈电机(BDFM)混沌现象分析领域，更具体地，涉及一种基于最 大李雅普诺夫指数的无刷双馈电机混纯分析方法。
技术介绍
无刷双馈电机(brushless doubly-fed machine，BDFM)是一种异步化的交流励磁 同步电机，定子上有功率和控制两套绕组，结构上，与绕线式异步电机的定、转子绕组有相 似之处，由于其高可靠性和低维护成本，在恶劣的风电场环境下呈现出明显优势。近些年 来，关于BDFM的本体研究和控制策略研究方兴未艾，标量控制、矢量控制、直接转矩控制等 控制策略获得了较多关注。虽然电机控制策略不断优化改进，但电机在实际运行中仍然存 在着不规则运动，如不规则电磁噪声、不规则转矩、转速间歇振荡等问题。随着对电机系统 认知的不断提高，发现电机运行中出现的种种不规则运动非常类似于非线性系统的混沌现 象。 继相对论和量子力学之后，混沌学被称为20世纪科学界中又一伟大理论成果，不 同于平衡点、周期解、次谐波解和准周期解等行为，混沌是一种随机但有界的稳态行为。Li-Yorke于1975年在"周期三意味着混沌"一文中最早提出混沌概念，文章以数学的严格性分 析了任何一维系统中，只要出现规则的周期三，则同一系统中必然会给出其他任意长的规 则周期，以及完全混沌的循环。当然，不同文献中，混沌的主要特征表述不尽相同，但一般而 言，混沌的主要特征包括:确定系统的内随机性、对初始条件的敏感性、具有正的李雅普诺 夫(Lyapunov)指数等。过去几十年，在电机等各个学科领域中开展了广泛的混沌研究，面对 由电机本体、功率变换器和控制器等多个复杂系统构成的电机控制系统，混沌分析首先应 从电机本体开始，而永磁同步电机混沌运动现象是当前国内外研究的主要热点。 目前，对BDFM系统混沌现象研究仍为空白，在某些特定参数条件下，BDFM会否和其 他类型电机一样出现混沌现象?本文通过BDFM d-q轴数学模型导出电机系统的非线性微分 方程，构建BDFM的七阶非自治系统，从混沌研究角度探讨BFDM中不规则运动发生机理，得到 相关结论。
技术实现思路
本专利技术提供一种，该方法 从混沌研究角度探讨BFDM中不规则运动发生机理，得到相关结论。 为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下： -种，包括以下步骤： SI:基于无刷双馈电机d-q轴数学模型，导出非线性微分方程； S 2:以转子运动时间常数的倒数为电机系统的控制参量，根据实际电机参数构建 无刷双馈电机的混沌模型； S3:通过计算混纯模型的最大Lyapunov指数，分析电机出现混纯现象时所对应的 参数范围。 进一步地，所述步骤si的过程如下： 21) BDFM在转子速d-q轴同步坐标系中各绕组的电压方程为：( r 式中，Udp、Uqp、Udc、Uqc、Udr、Uqr为功率绕组、控制绕组和车专子绕组的d、q轴电压分量， idp、iqp、idc、iqc、idr、iqrijd、Q车由电 ，Φ(?ρ、Φ?ρ、、itdr、、Q车由石兹?连，Γρ、Γ。、电 阻，pP、p。为功率绕组和控制绕组的极对数，COr为转子转速； 22)在两相转子速d-q轴模型中，功率绕组、控制绕组和转子绕组的磁链方程为： 式中，Lsp、Ls。为d-q坐标下定子各绕组自感，Mrp、Mr。为定子绕组与转子绕组间互感； 23) BDFM在d-q坐标下的电磁转矩方程为： Te - Tep+Tec - PpMrp ( iqpidr_idpiqr )+PcMrc( iqcidr+idciqr )( 7 ) 式中，Te为总电磁转矩，Tep、Tec为功率绕组、控制绕组产生的电磁转矩； 24)BDFM的机械运动方程可表示为： 式中，J、D分别为转子机械惯量和转动阻尼系数，为负载转矩； 25)将式(4)~（6)代入（1)~（3)可得：设Tr为转子运动时间常数，O1、O2、O3为扩散系数：令电机系统中的各状态变量T= 叉7]丁，丁=丁。将式（6)、（7)、（9)~（13)整理化简 可得BDFM电机系统的一阶微分方程组：由式（14)可看出，BDFM电机系统具有多变量、非线性和强耦合的特点。方程组中各 项变量的系数用矩阵形式可表示为： 进一步地，所述步骤S2的过程如下： 31)在式（14)中引入转子转速ro控制项： 令上式中coref = 〇,可得： 32)令：其中T/为转子运动时间常数的估计值，则有： Tr* = kTr (16) 将式（15)、（16)代入式（14)中转子绕组的一阶微分方程组，可构建BDFM的七阶非 自治系统： 进一步地，所述步骤S3的过程如下： 41)令最大Lyapunov指数为：其中，m为积分次数，τ为积分时间； 42)根据无刷双馈电机实际参数，将各参数代入式（17)，以式（19)为计算原理，在 Matlab平台上编写最大Lyapunov指数的求解程序，可得BDFM系统的最大Lyapunov指数谱， 从指数谱中得出BDFM系统进入混纯运动状态。 与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是： 本专利技术基于无刷双馈电机d_q轴数学模型，导出非线性微分方程；以转子运动时间 常数的倒数为电机系统的控制参量，根据实际电机参数构建无刷双馈电机的混沌模型;通 过计算混纯模型的最大Lyapunov指数，分析电机出现混纯现象时所对应的参数范围。采用 Matlab建模仿真，论证了无刷双馈电机进入混纯运动状态时的参数条件。【附图说明】 图1为本专利技术中BDFM系统最大Lyapunov指数谱； 图2(a)为BDFM系统功率绕组电流的d-q轴分量混沌动态响应仿真波形图； 图2(b)为BDFM系统控制绕组电流的d-q轴分量混沌动态响应仿真波形图； 图2(c)为BDFM系统转子绕组磁链的d-q轴分量混沌动态响应仿真波形图；图2(d)为BDFM系统转子转速混沌动态响应仿真波形图；图3(a)为BDFM系统（idp-iqp)吸引子相平面图； 图3 (b)为BDFM系统（i dp-itqr)吸引子相平面图；图3(c)为BDFM系统（idp- ω )吸引子相平面图； 图3(d)为BDFM系统(itqr-ω)吸引子相平面图； 图3(e)为BDFM系统（iqp-itqr- ω )吸引子相空间图。【具体实施方式】 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制； 为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品 的尺寸； 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解 的。 下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。 实施例1 -种，包括以下步骤： SI:基于无刷双馈电机d-q轴数学模型，导出非线性微分方程； S 2:以转子运动时间常数的倒数为电机系统的控制参量，根据实际电机参数构建 无刷双馈电机的混沌模型； S3:通过计算混纯模型的最大Lyapunov指数，分析电机出现混纯现象时所对应的 参数范围。 步骤Sl的过程如下： 21 )BDFM在转子速d-q轴同步坐标系中各绕组的电压方程为： 式中，Udp、Uqp、Udc、Uqc、Udr、U qr为功率绕组、控制绕组和转子绕组的d、q轴电压分量， idp、iqp、idc、iqc、idr、iqrijd、Q车由电 ，Φ(?ρ、Φ?ρ、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于最大李雅普诺夫指数的无刷双馈电机混沌分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：基于无刷双馈电机d‑q轴数学模型，导出非线性微分方程；S2：以转子运动时间常数的倒数为电机系统的控制参量，根据实际电机参数构建无刷双馈电机的混沌模型；S3：通过计算混沌模型的最大Lyapunov指数，分析电机出现混沌现象时所对应的参数范围。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈集思，杨俊华，林卓胜，陈俊宏，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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