基于磁导-电容类比法和解析Preisach模型的铁心动态磁滞建模方法

铁磁材料的磁滞、涡流和驰豫效应对电力变压器铁心的非线性特性和功率损耗有显著的影响。为了研究电磁暂态过程中电力变压器的时域响应行为,需要准确计及铁心的动态磁化特性,在电路仿真中对电力变压器铁心进行精细建模。为此,该文首先采用考虑可逆分量的解析Preisach模型表征铁磁材料的静态磁滞效应,通过磁导-电容类比法建立了铁心的回转器-磁导模型,构建铁心静态电磁模型。其次,基于传统损耗统计理论和场分离理论,在静态电磁模型的基础上引入恒定磁阻和受控磁动势源,分别用于表征铁磁材料的涡流效应和弛豫效应对磁滞效应和损耗效应的影响,构建基于传统损耗统计理论的铁心动态电磁模型。最后,运用R-L分数阶导数对涡流损耗表达式进行修正,采用受控磁动势源表示涡流效应,对传统的铁心动态电磁模型进行改进。基于电工钢测量系统测量了硅钢铁心在不同频率、不同磁通密度下的动态磁滞回线,与实验相比改进模型的平均相对误差为6.59%,验证了所提出的改进动态模型的正确性。

基于改进黑猩猩算法的解析Preisach模型参数辨识

解析Preisach模型解决了Preisach模型因离散Everett函数造成的测量误差大、数值不稳定的问题,但是解析Preisach模型同时存在参数多、辨识复杂的问题。针对上述问题,提出一种融合多策略的改进黑猩猩优化算法,来实现对解析Preisach模型的参数快速、精确辨识。首先,引入自适应权重因子来平衡全局搜索和局部开发能力;其次,将差分变异策略应用到种群个体位置更新中,增强算法个体间的信息交流,扩大搜索范围;最后,使用柯西变异和高斯变异相结合的随机扰动策略,进一步增强算法跳出局部最优的能力。结合实验数据,分别使用遗传算法、黑猩猩算法、正弦余弦黑猩猩算法与所提算法对解析Preisach模型参数进行辨识,并基于辨识结果对取向硅钢片的磁滞回线进行模拟。通过磁滞回线拟合度、适应度值变化以及损耗误差分析3个方面的结果对比可得,所提算法在解析Preisach模型的参数辨识上兼具辨识精度高、收敛速度快的优点。

基于离散逆Preisach模型的磁悬浮系统非线性补偿研究

磁悬浮平台控制中,电磁铁铁芯材料的磁滞特性会很大程度影响控制精度,补偿磁滞特性是磁悬浮精密控制系统中必不可少的一部分,为了实现对磁悬浮精密控制系统中磁滞非线性的补偿,课题组使用离散逆Preisach模型构造了一个补偿器。首先建立了离散逆Preisach模型,再依据磁滞补偿原理,构造补偿器;根据逆模型的曲线形状,建立了基于双曲正切的分布函数验证离散逆Preisach模型构造的合理性;最后使用非负最小二乘法辨识模型。结果表明离散逆Preisasch模型描述电磁铁逆磁滞回线的最大误差为0.3%。所构造的补偿器具有良好的补偿效果,为磁悬浮系统的磁滞补偿提供了一种可行方案。

基于R-L型分数阶导数的动态解析逆Preisach模型

准确的变压器电磁暂态模型对保障电力变压器安全意义重大,其中更为重要的是对变压器铁芯部分的建模。然而,变压器铁芯的非线性磁滞特性及动态特性的模拟仍存在不精确,误差大等问题。为此,首先通过差分法改进静态解析正Preisach模型,构造一种更利于动态模型建立的静态解析逆Preisach模型;然后,在损耗统计理论、场分离技术以及分数阶导数理论的基础上,改进动态涡流场强分量,并与静态解析逆Preisach模型以及剩余损耗分量相结合,得到改进的动态解析逆Preisach磁滞模型,同时引入量子遗传算法对分数阶导数参数进行全局寻优。最后,将准确的动态解析逆Preisach模型在不同频率与不同最大磁密下与实验数据对比,结果表明,该模型的最大平均相对误差为5.857%,验证了该方法的有效性。

Preisach模型剩磁计算与抑制励磁涌流合闸角控制规律

变压器在因电力故障继电保护动作或因运行方式改变等原因而退出运行后再次投运时铁心剩磁并不是随机的。在分析磁性材料的时效特性的基础上,结合Preisach模型及其特性,推导出了分段计算铁心剩磁的方法。在此基础上,对单相变压器抑制励磁涌流的控制合闸角策略进行分析,推导出合闸角控制律,EMTP实验验证了该策略的正确性。同时,仿真实验揭示了在给定电流超调裕度下不同剩磁环境所对应的合闸角波动范围的变化规律;最后,遵循该规律,提供了设计单相变压器抑制励磁涌流装置的分段合闸角策略。

压电陶瓷执行器迟滞特性的广义非线性Preisach模型及其数值实现

压电陶瓷执行器的迟滞非线性不具有经典Preisach模型的次环一致特性,直接利用该模型对压电陶瓷执行器的迟滞特性建模会产生较大误差。为了提高压电陶瓷执行器的迟滞特性建模精度,在非线性Preisach模型的基础上推导得到适用于压电陶瓷迟滞特性的广义非线性Preisach模型,并给出简化分类计算公式。广义非线性Preisach模型将经典Preisach模型表示定理中的次环一致特性修改为次环等弦长特性,放宽了对描述对象的限制要求。实验数据表明,与经典Preisach模型相比,广义非线性Preisach模型预测位移的误差绝对值的最大值降低了0.22μm,均方根误差降低了0.11μm,能够更精确地描述压电陶瓷的迟滞特性。

一种改进Preisach模型数值实现方法

探究描述压电陶瓷迟滞特性的传统Preisach数值实现方法的弊端,针对这种数值实现不具有擦除特性,提出一种具有擦除特性的改进Preisach数值实现方法,并描述其详细原理与实现过程,最后进行相关实验研究。实验结果表明,该文提出的具有擦除特性的改进Preisach数值实现方法在复杂加载过程中能相对精确地计算压电陶瓷输出位移,提高了迟滞建模精度,具有更广泛的应用范围。

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.

压电陶瓷执行器Preisach模型的分类排序实现

通过实验研究了压电陶瓷执行器迟滞的擦除特性和一致特性,提出了一种新的分类排序实现方法,改善了经典Preisach模型在非单调极值输入信号下描述迟滞输入输出特性的能力,消除了传统Preisach模型实现形式对输入信号的限制条件。实验表明,这种Preisach模型分类排序实现方法能有效地预测压电陶瓷执行器的位移,提高了迟滞建模精度。

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。

压电驱动器迟滞特性的Preisach模型研究

压电驱动器的迟滞特性是影响其位移输出精度的主要因素。该文采用改进的 Preisach模型对压电驱动器的迟滞特性进行建模 ,并进行了相应的实验研究。实验结果表明该模型可以很好地预测压电驱动器在经过一定的控制电压序列以后的位移输出值 。

基于改进Preisach模型的音圈电机复杂迟滞建模

针对音圈电机在高频响、高速、高加速度运动时存在的一种特殊复杂迟滞特性,提出一种改进的Preisach迟滞与RBF神经网络相结合的动态迟滞混合模型。采用逐次逼近的思想,第一级通过构造一个改进型Preisach模型,引入非单调信息,使其输出具有非单调迟滞特性。第二级采用动态RBF神经网络对第一级输出的相位和幅值进行补偿,实现对音圈电机实际输出的高精度逼近。基于实测数据的仿真实验结果表明,所提出的模型对一般迟滞和非单调复杂迟滞的建模都是有效的。与动态神经网络建模相比,具有更高的模型精度。

基于改进Preisach模型的电工钢片磁特性模拟

为实现电工钢片磁滞特性的准确模拟,针对经典Preisach磁滞模型无法精确描述材料磁化过程中可逆磁化的问题,基于对可逆磁化过程和可逆磁导率实验数据的分析,通过引入含参数的指数函数表征可逆磁化分量;同时,针对不可逆磁化分布函数难以确定的问题,采用两个1维函数乘积的形式对其进行表征,进而建立Everett函数,实现了不可逆磁化分量的确定,最终建立了一种可以考虑可逆磁化分量的改进Preisach模型。搭建了电工钢磁特性测试平台,对其在不同频率正弦激励条件下的磁滞特性进行了实验研究,并将模型仿真结果和实验结果进行对比分析。研究结果表明,所提出的改进Preisach模型对两种硅钢片磁滞特性模拟误差在10%以内。

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。

压电陶瓷执行器的输入历史相关Preisach模型

压电陶瓷执行器的迟滞特性是影响其定位精度的主要因素。用于描述迟滞特性的经典Preisach模型的输出与历史时刻输入密切相关,在Preisach权函数中引入历史时刻输入信息,提出一种新的Preisach模型。采用简化迟滞算子对模型进行预处理后,构造神经网络实现模型的辨识。实验数据表明,在衰减正弦电压信号激励下,该模型预测位移误差绝对值的最大值与经典Preisach模型相比减少了76%,均方误差减少了78%。

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。

Preisach模型框架下的高频响音圈电机神经网络迟滞建模

从频域的角度分析,在Preisach类迟滞模型结构下,用具有相位超前和滞后的类迟滞元代替relay、stop和play迟滞算子,并将其作为神经网络的隐层及局部反馈层节点,构造了一种具有内部反馈的动态神经网络迟滞模型。该模型克服了Preisach类迟滞模型中迟滞算子不可微的缺点,使其能描述非单调迟滞特性。基于此模型,展开对高频响音圈电机非单调复杂迟滞特性建模的研究。实测数据的仿真实验结果表明所提出的建模方案能很好地逼近实际迟滞特性,并具有较好的预测精度。

多晶Sr_(0.6)Ca_(0.4)RuO_3磁性的Preisach模型研究

测量了多晶Sr0.6Ca0.4RuO3的零场冷却(ZFC)的磁化强度随温度的变化关系,以及不同温度下的磁滞回线。考虑热涨落和自由能壁垒随温度的变化,用Preisach模型对测量数据进行了拟合。数值模拟再现了测量结果的变化规律,其中包括各温度下的磁滞回线,不同外磁场下的ZFC磁化强度曲线等。对拟合得到的巴克豪森跳跃谱的有关参数进行了讨论。

基于Levenberg-Marquardt算法的改进Preisach模型磁特性模拟与验证

由于磁测量数据共享机制尚未建立,磁滞建模所依赖的材料特性大数据库不够完备,因此一种抛开磁滞微观物理本质的唯象建模研究引起了关注。文中首先在Preisach模型的基础上,采用cosh分布函数,为兼顾磁滞功能和数值实现效率,引入Everett函数建立磁滞特性解析表达式。然后将磁滞模型分析结果与电机常用硅钢片50WW600材料测量值之间的均方根误差做为适应度函数,通过Levenberg-Marquardt算法辨识Preisach模型参数。最后将不同工况下磁滞回线实际测量值与磁滞模型计算结果进行对比分析,验证该文模型的准确性和有效性,为电机电器的有限元精细分析奠定了一定理论基础。

基于Preisach模型的光纤定位单元R机构精定位的实现

下一代大规模光谱巡天测量项目,需要更小尺寸和高精度的光纤定位单元。本文提出了R-θ形式光纤定位单元的R机构精定位部分设计方案,通过使用叠堆式压电陶瓷并结合柔性铰链式杠杆位移放大机构,实现了R机构精定位部分的位置精度。为了尽量减小迟滞非线性对精定位精度的影响,采用经典的Preisach模型建立了放大后输出位移的驱动模型,并在此基础上进行了相应的优化。最终建立的精定位位移模型的平均误差在4μm以内,相比于最大40μm的非线性误差,误差得到了大幅度下降。实验结果表明,通过Preisach模型所建立的位移模型进一步提高了精定位的定位精度,满足了精定位的误差设计需求,同时也为后期粗定位留下了更大的设计空间。