变温条件下解析Preisach磁滞模型误差修正和特征参数辨识方法

温度升高会影响磁性材料的磁滞特性,从而改变电气设备的性能。目前解析Preisach模型无法对温度进行有效表征,导致损耗计算结果误差较大。为此,本文首先分析了基于Lorentzian函数的解析Preisach模型特征参数对磁滞回线形状参数的影响程度,如饱和磁通密度、矫顽力、剩磁等,研究了不同温度下模型参数和材料磁特性的变化。根据模型特征参数具有的磁滞回线形状相关性和温度相关性,引进温度系数来修正模型特征参数,构建变温条件下的解析Preisach模型,并给出了计及温度影响的模型参数辨识方法。最终实验测量纳米晶合金在变温条件下的极限磁滞回线,对多组实测值和修正后的解析Preisach模型计算值进行对比后,得出在饱和磁通密度、矫顽力和剩磁处修正模型结果的平均相对误差分别为0.15%、2.21%、5.76%,证明了该修正模型的准确性。

基于双曲正切函数磁滞算子的超磁致伸缩驱动器动态Preisach模型

经典Preisach算子存在不能反映单元算子磁滞输出依赖于输入变化率的固有缺陷,为扩大Preisach磁滞模型的应用范围,提出一种基于双曲正切函数的动态Preisach磁滞算子,其形状参数为输入变化率的双曲正切函数,该算子可描述超磁致伸缩驱动器磁滞依赖输入变化率的特性.在此基础上构造出超磁致伸缩驱动器动态Preisach模型,并利用BP神经网络完成动态Preisach模型的参数辨识.进行超磁致伸缩驱驱动器磁滞输出试验研究,将驱动频率分别为40 Hz、70 Hz、100 Hz的正弦电流下超磁致伸驱动器（Giant magnetostrictive actuator,GMA）输出位移试验数据作为训练样本数据,并另取训练样本数据中未包含的100 Hz以下20 Hz、50 Hz、80 Hz与100 Hz以上120 Hz、130 Hz、150 Hz共六种频率信号下GMA输出位移试验数据对其预测能力进行检验,结果表明该动态模型能够较为精确地描述超磁致伸缩驱动器的动态磁滞现象并具有较好的模型泛化能力.在0～150 Hz频率的输入电流下,该动态Preisach模型的最大预测位移均方误差为2.87 μm,最大绝对位移误差为4.4 μin.研究结果可广泛应用于GMA实时控制系统,提高GMA器件的控制精度.

一种新的动态矢量Preisach磁滞模型

基于Mayergoyz等的非线性Preisach模型，通过该模型在各个方向上进行矢量迭加，并通过在Preisach分布函数中引入与输出变化速度相关项，导出了一个新的动态矢量Preisach磁滞模型．分别从二维、三维情况下分布函数的有限傅立叶展开式出发，通过引入沿测试方向的弛豫时间，推出了二维、三维情况下新模型中分布函数的数学表达式．新的磁滞模型能较好地描述磁化过程的动态矢量可逆行义及材料的各向异性特性，还可以描述任意阶的微小回线变化规律．

超磁致伸缩致动器的磁滞非线性动态模型

超磁致伸缩致动器的输入磁场与输出应变存在着磁滞非线性。为了控制及使用致动器,必须建立其准确的数学模型。该文基于Jiles—Atherton磁滞模型、二次畴转模型、非线性压磁方程和致动器结构动力学原理,建立了超磁致伸缩致动器的磁滞非线性动态模型。应用该模型对致动器的输出应变进行计算,计算结果与实验结果符合较好,验证了模型的正确性和实用性。

直流偏磁状态下电力变压器铁心动态磁滞损耗模型及验证

直流偏磁状态下,电力变压器的附加损耗显著增加,试验测量得到的变压器空载损耗不能充分表征铁心实际损耗。为正确评估变压器铁心可能出现的过热问题,有必要建立其准确的数学模型。该文在Jiles-Atherton基本磁滞模型的基础上,从能量平衡原理出发,考虑铁心在交流状态下的涡流损耗和异常损耗,建立了合理可逆磁化系数条件下,以磁通密度作为输入量的铁心动态磁滞损耗模型。利用遗传算法提取试验变压器铁心在正常工作条件下的动态模型参数,并用于对不同幅值直流偏磁电流作用下的铁心损耗进行仿真计算。将计算结果与试验结果进行对比,发现二者吻合较好,说明该动态模型能较好的描述直流偏磁状态下电力变压器铁心动态磁滞损耗,验证了模型的正确性和实用性。

解析正Preisach磁滞模型的推导与修正

准确且快速地模拟软磁材料的磁滞特性是电机、变压器等电力设备电磁场仿真及其优化设计等工作可靠展开的基本前提。然而,经典Preisach磁滞模型因包含了复杂的双重积分运算而难以达到上述要求,而现有唯一的纯解析Preisach模型存在推导失误、无法通用等问题。为此,针对该解析Preisach模型的问题,推导正确的Everett函数解析表达式,并基于Preisach基本原理,分析在其基础上考虑可逆磁化分量的本质原因,继而提出首个正确且通用的解析正Preisach模型。将仿真结果与实测结果进行对比,验证所提模型的精度。

基于Lorentzian函数的Preisach磁滞模型辨识与验证

磁滞作为磁性材料的特性,在电机、变压器等设备中普遍存在,为了更好地描述材料的这种特性,有必要建立材料的磁滞数学模型。本文基于Presiach类磁滞模型,通过分别用解析和神经网络两种方法对其Lorentzian分布函数参数进行了辨识并对两种方法进行了比较,且通过实验验证了辨识结果的正确性。模型可以对无偏磁下变压器一次电流进行预测,实验采用爱泼斯坦方圈的二次电压仿真得到了方圈的一次电流,仿真与实验结果对比验证了模型的正确性。

一种考虑磁滞可逆性的非线性矢量Preisach模型

以Ｍａｙｅｒｇｏｙｚ 的非线性标量Ｐｒｅｉｓａｃｈ 磁滞模型为基础，提出了一种考虑磁滞可逆性的非线性矢量Ｐｒｅｉｓａｃｈ 磁滞模型。该模型克服了Ｍａｙｅｒｇｏｙｚ 提出的矢量Ｐｒｅｉｓａｃｈ 磁滞模型不能描述磁滞可逆分量的缺陷。

基于R-L分数阶导数的动态J-A磁滞模型及其特征参数辨识算法

在高频、直流偏磁等非标准磁化条件下,电力变压器的铁心损耗显著增加,造成其性能恶化。为实现对高频、直流偏磁下铁磁材料动态磁滞特性与损耗的准确模拟,该文首先在静态J-A模型中引入直流磁密,推导得到适用于描述直流偏磁条件下铁磁材料磁滞特性的静态J-A修正模型;然后引入R-L型分数阶导数对高频条件下涡流场及涡流损耗表达式进行改进,考虑涡流与剩余损耗对高频条件下磁化物理机制的影响,建立动态J-A模型;最后引入模拟退火算法,以损耗计算值与实测值之间的均方根误差最小化作为优化算法的目标函数,辨识模型中阻尼系数与分数阶导数阶次的全局最优值。将动态J-A模型模拟的磁滞回线和损耗与实验数据进行对比,结果表明:对高频磁场叠加直流偏磁条件下磁滞回线面积模拟误差绝对值为7.84%,损耗预测的平均绝对误差为7.35%,验证该文所提方法的准确性。

基于不对称指数函数迟滞算子的压电陶瓷执行器动态Preisach迟滞模型

提出一种不对称指数函数迟滞算子,其形状参数为输入电压变化率的函数,因此算子的形状实时变化且不具有对称性。在此基础上构造动态Preisach模型,并利用神经网络完成其辨识。实验结果表明,该动态迟滞模型能够精确地描述压电陶瓷执行器的动态迟滞现象。在多种频率的电压信号激励下,与双S函数迟滞模型相比,该动态迟滞模型预测位移的均方误差(MSE)减小了0.20以上,最大绝对值误差减小了0.84μm以上。

基于动态P模型的GMM-FBG电流传感器磁滞建模

针对现有GMM-FBG电流传感器的磁滞非线性问题,在经典Preisach模型的基础上提出了一种改进的Preisach磁滞模型,给出了改进后的Preisach模型密度函数和模型分析方程,对频率依赖的模型参数进行辨识,提高了模型对动态磁滞曲线的预测精度;并运用改进后的模型对GMM-FBG电流传感器进行磁滞建模及实验验证。实验结果表明该模型能够较好的预测GMM-FBG工频电流传感器的磁滞非线性,模型的预测误差在3.6%以内,传感系统电流测量灵敏度可达到0.069 nm/A。

超磁致伸缩驱动器频率相关的动态磁滞模型

考虑超磁致伸缩驱动器频率相关的涡流损耗和异常损耗,将Jiles-Atherton静态磁化强度模型扩展为动态磁化强度模型。基于动态磁化强度模型及驱动器结构动力学原理,建立驱动器的动态磁滞模型,并应用遗传算法辨识该模型的参数。试验结果表明,该模型能在较宽的频率范围内较好地描述驱动器的动态磁滞特性,对驱动器的性能估计和控制器设计具有重要指导意义。

解析逆Preisach磁滞模型

如何在保证模拟精度的基础上,提升逆磁滞模型的计算速度一直以来是国际电磁场领域研究的热点问题。然而,现有所提逆磁滞模型难以兼顾精度与速度的双重要求。解析形式的逆磁滞模型具有较快的求解速度,如何提出高精度的此类模型是解决上述问题的关键所在。为此,该文利用课题组所提基于解析Everett函数推导而得的解析正Preisach磁滞模型,分别推导了初始磁化曲线、磁滞回线下降支与上升支的磁导率的解析表达式,继而利用差分法,推导得到了目前唯一一个解析的逆Preisach磁滞模型。通过对比仿真与实验结果,验证了所提解析逆Preisach磁滞模型的模拟精度,并在模拟精度与计算速度两方面将其与广泛应用的逆J-A磁滞模型进行对比,发现它的平均相对误差比逆J-A磁滞模型小10%以上,且其计算速度约为逆J-A磁滞模型的2.67倍。

基于人工神经网络的Preisach磁滞模型与实现

在Preisach静态磁滞模型的基础上,利用极限磁滞回线的对称性,采用人工神经网络技术,建立了Preisach神经网络磁滞回线仿真模型,实现了对试验样片交流磁滞回线的理论计算;同时给出了一种采用爱泼斯坦方圈,对实验样片的动态磁滞回线进行数字测量的新方法,该方法实验设备简单,测量精度高,具有较好的工程实用价值。利用该方法得到的实验数据很好地验证了理论计算结果。

在Preisach模型框架下的似对角动态神经网络压电陶瓷迟滞模型的研究

在Preisach模型的结构下,用一阶微分方程代替relay迟滞元,借鉴对角动态神经网络模型,提出压电陶瓷迟滞特性的一种新的数学模型。该模型既有Preissach模型的结构思想,又能反映其动态特性。在输入信号是周期性衰减信号的激励下,由Preisach模型产生的数据和压电陶瓷产生的数据分别进行建模和预测仿真,结果表明该模型用于压电陶瓷迟滞特性建模是有效的,并具有较高的模型精度。

基于Preisach模型的取向硅钢片直流偏磁磁滞及损耗特性模拟

基于Preisach磁滞模型,提出了面向非对称磁滞回线模拟的参数辨识方法,并应用于取向硅钢片的静态及动态磁滞特性模拟。通过实验获得取向硅钢片静态直流偏磁极限磁滞回线,利用数值方法生成具有非对称特征的一阶回转曲线,进而建立直流偏磁条件下的Everett函数。对静态下的直流偏磁磁滞回线进行拟合,通过与实验结果的对比,验证了该文方法的有效性。进一步考虑直流偏磁磁场和交流磁通密度峰值对异常损耗的影响,构建直流偏磁动态磁滞模型,实现了直流偏磁条件下取向硅钢片损耗特性的模拟,分析了直流偏磁对不同类型损耗的影响。

基于Preisach磁滞模型的电工钢片磁特性模拟

电工钢片广泛应用于变压器等电气设备的制造中,其磁滞特性对电气装备的运行性能具有十分重要的影响,因此,需要精确高效的磁滞模型以描述电工钢片的磁滞特性。为此,基于Preisach理论将Preisach分布函数写成2个1维函数的乘积形式,由分布函数积分获得Everett函数及动态磁化率,并将积分以封闭形式进行表征,将推导出的闭式表达式应用于Preisach模型中可以模拟不同频率下电工钢片的磁化过程。并且以电工钢片为实验样本进行了仿真和实验,二者对比结果表明该模型运算速度快,仿真准确,具有较高的精度,能准确模拟电工钢片在磁化过程中的磁滞特性。

基于Preisach磁滞模型的分布函数辨识与实验验证

基于Preisach磁滞模型,根据磁滞回线的对称性,提出辨识Preisach分布函数的方法,该方法把Preisach分布函数视为两个一维函数的乘积,将分布函数中复杂的双重积分求解问题转化为求解双线性方程组的问题。并基于爱泼斯坦方圈测量装置对变压器、电机中常用材料(B30P105)进行了相应的实验,仿真及实验结果的比对验证了该方法的可行性和实用性。

基于Energetic和改进Jiles-Atherton-Sablik模型的电工钢片动态磁致伸缩特性模拟

准确模拟电工钢片的动态磁致伸缩特性是电工装备铁心振动和噪声分析的关键步骤。该文提出一种基于Energetic磁滞模型和改进Jiles-Atherton-Sablik(J-A-S)模型的电工钢片动态磁致伸缩特性模拟方法。首先,基于静态Energetic磁滞模型和损耗分离理论,考虑由励磁频率引起的动态损耗密度分量,并采用场分离技术建立动态Energetic磁滞模型。其次,将动态Energetic磁滞模型求解的动态磁场强度作为改进J-A-S模型的已知量,从而根据铁磁材料的非线性本构关系,建立以磁感应强度为输入量的动态磁致伸缩逆模型。在此基础上,设计电工钢片动态磁致伸缩曲线的模拟流程。最后,将所提方法的模拟结果与实测结果和现有方法模拟结果进行对比,可知所提方法的模拟结果与实测结果吻合更好,从而验证所提模拟方法的准确性。

Preisach磁滞模型在超磁致伸缩驱动器中的应用研究

在对所设计的超磁致伸缩驱动器(GMA)结构与其工作中磁滞非线性现象详细介绍的基础上,利用Preisach经典模型分析建立了能精确描述GMA磁滞特性的Preisach磁滞预测数值模型,设计了其输入校正迭代算法逻辑,并经定位实验成功,验证了对GMA工作的非线性补偿,有效提高了GMA输出位移的精确性。