带有不匹配干扰的永磁电机电磁波形优化控制分析

屈文斌

(陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳 712000)

0 引言

永磁电机是实现交流发电的高负荷电机设备。在采用永磁电机进行发电过程中，永磁电机输出电磁信号受到扰动因素的干扰，常常导致永磁电机的输出波形出现失真的情况，需要进行永磁电机的不匹配干扰抑制。研究永磁电机的电磁波信号控制方法，在永磁电机的优化设计和智能控制中具有重要意义，相关的永磁电机电磁波形优化控制方法研究受到人们的极大关注[1]。传统永磁电机电磁波形优化控制方法主要有小波检测法、FrFT(分数阶傅里叶变换)法，这些方法具有一定的电磁波形控制性能，但在不匹配干扰条件下易出现波形失真的情况。

针对传统方法存在的问题，本文提出带有不匹配干扰的永磁电机电磁波形优化控制方法，构建永磁电机的电磁波信号输出抗干扰抑制模型，结合自适应的滤波算法，进行永磁电机的输出波形控制优化，实现永磁电机电磁波形优化控制的优化，提高永磁电机的自适应控制能力和抗干扰能力，最后进行仿真测试分析，得出有效性结论。

1 永磁电机电磁波的信号模型及抗干扰抑制

1.1 永磁电机电磁波的信号模型构建

为实现带有不匹配干扰的永磁电机电磁波形优化控制，在匹配干扰环境下进行永磁电机电磁波的信号模型构造[2]。永磁电机电磁波信号的特征分布序列为s1(t)，s2(t),…,sL(t)，表示为一组零均值、非高斯的统计特征序列，在高斯噪声干扰下，采用统计独立的随机分布信号检测方法，进行永磁电机电磁波信号的输出转换控制，采用时频特征分析方法，进行带有不匹配干扰的永磁电机电磁波形输出转换，建立永磁电机电磁波形的特征提取模型[3]，对永磁电机电磁波形采样节点分布聚类满足：

r≤2D2/λ

(1)

D为永磁电机电磁波形的传输半径；λ为永磁电机电磁波形的波长。假定永磁电机电磁波形的采样传感器由N=2P个阵元组成，采用圆形阵列进行永磁电机电磁波形近场源分布式结构重组，永磁电机电磁波信号时间序列模型为

(2)

si(t)为永磁电机电磁波形的分布序列；φmi为永磁电机电磁波信号的径向相位；e为电磁波信号的单位流量；nm(t)为干扰色噪声。在不匹配干扰下，结合分数阶傅里叶变换，构建永磁电机电磁波信号的特征分布式解析模型为

(3)

z(t)为原始永磁电机电磁波形的实部；x(t)为永磁电机电磁波形的离散特征分布序列；y(t)为永磁电机电磁波信号解析模型的虚部。在阻尼电阻约束下，采用混合双馈入直流输电控制方法，得到包络和相位分别为：

(4)

(5)

a(t)为信号的复包络；θ(t)为电机双馈入直流输入的相位漂移。其值都与永磁电机电磁波信号的采集时间有关。根据上述分析，构建永磁电机电磁波的信号模型为

h(t)=a(t)[1-θ(t)]

(6)

得到永磁电机电磁波的信号模型后，根据电磁波形的4阶混合累积量切片得到信号抗不匹配干扰抑制输出量，完成信号的抗干扰抑制[4]。

1.2 信号抗不匹配干扰抑制

分析永磁电机的间谐波产生，结合永磁电机电磁波信号检测模型进行信号的抗干扰设计，再采用分数阶Fourier变换对永磁电机电磁波信号进行抗干扰处理，采用最大功率点跟踪方法构建永磁电机电磁波信号的特征分解模型[5]，表示为

(7)

3[x(n)x(n+τ)][x2(n+τ)]

(8)

在最大功率点处进行永磁电机电磁波信号的噪声抑制，对永磁电机电磁波信号中的高斯白噪声和高斯色噪声的干扰项进行有效抑制[7]，得到永磁电机电磁波信号的能量输出为

(9)

建立永磁电机电磁波信号的特征参数提取模型，得到电磁波形的4阶混合累积量切片为

(10)

γ为永磁电机电磁波信号的能量峰度；h(j)为电磁波形输出量；h3(j+τ)为电磁波形特征量。分析电磁信号的三点振荡特性，采用开路电压的稳态特征分析方法，进行永磁电机电磁波的信号时频转换，输出Xp(u)，则信号抗不匹配干扰抑制输出为

Yp(u)=Xp(u)+c4w(τ)γ

(11)

根据信号抗不匹配干扰抑制输出，进行信号抗不匹配干扰抑制[8]。

2 永磁电机电磁波形优化控制优化

2.1 永磁电机电磁波形聚焦处理

在上述采用匹配滤波检测器进行永磁电机电磁波形输出抗干扰抑制的基础上，进行永磁电机电磁波形优化控制设计。提取永磁电机电磁波形信号的统计特征量，结合关联特征谱分析方法进行永磁电机电磁波信号的耦合处理[9]，在t域内得到永磁电机电磁波信号x(t)的p阶分数阶Fourier变换值Xp(u)，即永磁电机电磁波形的输出统计特征量为

(12)

p为分数阶Fourier变换的阶数；Kp(t,u)为永磁电机电磁波的模糊变换核。

建立永磁电机电磁波信号的模糊特征匹配模型，采用自适应的波束形成方法进行永磁电机电磁波形聚焦处理，得到聚焦角α=pπ/2，构建双馈入直流输电控制模型，结合共轭特征提取方法，得到Kp(t,u)的计算式为

(13)

n为整数，即n∈Z。对于混合多馈入直流输电模式下的非零永磁电机电磁波信号，采用谱分离方法[10-13]，进行匹配干扰抑制，得到前馈解耦控制输出的频域变换Xp(u)表示为

(14)

综上分析，根据前馈解耦控制输出的频域变换，完成永磁电机的电磁波形聚焦处理。在此基础上根据永磁电机电磁波信号进行的分数阶Fourier变换进行永磁电机电磁波形优化控制[14]。

2.2 电机输出控制

根据特征聚集结果进行永磁电机电磁波形的输出转换控制和匹配干扰抑制，提高永磁电机电磁波形的输出稳定性，对永磁电机电磁波信号进行特征分离和匹配滤波检测[15]，在确定性的扰动步长下，对接收的永磁电机电磁波信号进行的分数阶Fourier变换为

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

(15)

Fa[s(t)]为输入信号的Fourier变换值；Fa[n(t)]为扰动信号的Fourier变换值。将分数阶Fourier变换后的永磁电机电磁波信号进行谱聚焦处理，分析输出振荡模式下的电磁波形，得到优化控制参量解算结果为

c(n,τ)=Fp(u)Xp(u)

(16)

通过上述算法设计，进行永磁电机电磁波形的输出转换控制和匹配干扰抑制，提高永磁电机电磁波形的输出稳定性，控制模型的实现流程如图1所示。

图1 控制模型实现流程

根据式(16)得到的优化控制参量结果及图1所示的控制模型流程，完成对永磁电机电磁波形的优化控制。

3 仿真测试分析

为验证本文方法在实现永磁电机电磁波形的抗干扰抑制和优化控制中的应用性能，采用MATLAB.7编程软件进行仿真测试，建立永磁电机电磁波信号检测模型。结合匹配滤波干扰方法，对永磁电机电磁波信号进行干扰抑制，首先对电磁波的原始信号采样，其中，永磁电机电磁波形采样频率为120 kHz，窗口宽度T=2 ms，电磁波形的采样点数N=1 000，匹配干扰的信噪比为-10 dB，得到永磁电机电磁波信号在不匹配干扰下的时域波形如图2所示。

图2 永磁电机电磁波信号时域波形

由图2可知，原始的永磁电机电磁波信号受到较大的不匹配干扰，难以实现有效的检测。采用本文方法进行永磁电机电磁波检测和控制，采用自适应的波束形成方法进行永磁电机电磁波形聚焦处理，并与小波检测方法进行对比，得到永磁电机电磁波信号检测输出谱峰如图3所示。

由图3可以看出，采用小波检测方法无法得出清晰的电磁信号谱峰，而采用本文方法，能够准确聚焦永磁电机波形，得到清晰的电磁信号输出谱峰。由此可见，本文方法的抗干扰能力较强。

图3 永磁电机电磁波信号谱峰检测结果

采用1 000次Monte Carlo试验方法对永磁电机电磁波检测和控制，并采用小波检测方法和FrFT检测方法为实验对比方法，得出电磁波形检测概率为

(17)

ga为检测得到的波形信号；gb为波形原始信号。通过式(17)得到电磁波形检测概率如表1所示。

表1 电磁波形检测概率

分析表1得知，信噪比越小，电磁波形检测概率越小，当信噪比为-25 dB时，小波检测法和FrFT检测方法得到的电磁波形检测概率均为0，而本文方法的电磁波形检测概率为0.076，随着信噪比逐渐增加，本文方法的电磁波形检测概率均高于对比方法。表1结果表明，本文方法对永磁电机电磁波形的输出转换控制能力较好，应用该方法能够有效提高永磁电机电磁波信号的检测性能。

4 结束语

在不匹配干扰抑制下构建永磁电机的电磁波信号输出抗干扰抑制模型，结合自适应的滤波算法，进行永磁电机的输出波形控制，提高永磁电机的自适应控制能力和抗干扰能力，本文提出基于带有不匹配干扰的永磁电机电磁波形优化控制方法。对于混合多馈入直流输电模式下的非零永磁电机电磁波信号，采用谱分离方法，进行匹配干扰抑制，采用自适应的波束形成方法进行永磁电机电磁波形聚焦处理，结合模糊信息聚类，进行永磁电机电磁波形优化控制。仿真测试结果表明，本文方法能有效提高永磁电机电磁波形的输出稳定性，抗干扰性较好，对永磁电机电磁波形的检测性能较强。