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基于Preisach模型的GMM-FBG交流电流传感特性的研究

作　者: 戴峰峰
导　师: 滕峰成
学　校: 燕山大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 电流传感器光纤光栅超磁致伸缩材料 Preisach模型
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
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内容摘要

电流的精确检测技术是电力系统的安全、可靠及经济运行的关键。随着电力系统运行电压等级的提高和传送能量的增大，以基于超磁致伸缩材料(Giant Magnet-ostrictive Material，简称GMM)的光纤光栅(Fiber Bragg Grating，简称FBG)电流传感器为代表的光学电流传感器俨然成为电力系统大电流检测研究和应用的热点。但是作为传感核心元件，GMM本身固有的滞回非线性特性会使得传感器的测量重复性降低，可控性变差，影响传感器的电流传感性能。因此对其进行建模补偿具有重要的理论意义和现实意义。本文的主要研究工作包括：在阅读了大量的国内外有关光学电流传感器文献的基础上，综合深入分析FBG传感特性，包括应变传感特性、温度传感特性以及交叉敏感特性，建立FBG传感量模型；同时分析GMM的电流传感特性，以及影响其传感性能的因素——主要是磁滞特性,建立GMM应变传感模型。对GMM-FBG电流传感器进行驱动模型与结构参数设计；针对GMM的磁滞非线性问题，选取Preisach模型对其进行建模；在经典Preisach模型的基础上，提出一种新型的考虑频率的Preisach磁滞模型，以描述GMM的磁滞效应。该模型运用类似反正切导数的数学表达式描述密度函数，在参数设定时考虑频率依赖性，使之能够更加准确的预测GMM的动态磁滞过程。在理论分析的基础上搭建相应的实验传感系统，并进行MATLAB建模补偿控制，通过实验和仿真分析在有、无偏置磁场下的传感器滞回特性，运用改进模型对滞回特性进行预测以及对控制后传感器测量误差进行分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究背景与意义  9-10
  1.2 光学电流传感器的研究与发展  10-12
  1.3 光纤光栅传感器的应用  12-14
  1.4 本文的主要研究内容  14-15
第2章光纤光栅及超磁致伸缩材料传感特性分析  15-27
  2.1 光纤光栅传感特性分析  15-20
    2.1.1 光纤光栅的传感原理及特征参数  15-17
    2.1.2 光纤光栅的传感模型  17-20
  2.2 超磁致伸缩材料的性能分析  20-26
    2.2.1 超磁致伸缩材料的基本原理  20-23
    2.2.2 超磁致伸缩材料的磁滞非线性  23-25
    2.2.3 超磁致伸缩材料的传感模型  25-26
  2.3 本章小结  26-27
第3章 GMM-FBG 电流传感器设计与建模  27-47
  3.1 GMM-FBG 电流传感器驱动模型与结构设计  27-35
    3.1.1 GMM-FBG 电流传感器的驱动模型  27-29
    3.1.2 超磁致伸缩材料驱动设计  29-32
    3.1.3 驱动线圈参数设计  32-35
    3.1.4 光纤光栅的选择与设计  35
  3.2 超磁致伸缩材料磁滞模型的选择  35-39
    3.2.1 Jiles-Atherton 磁滞模型  35-36
    3.2.2 Preisach 磁滞模型  36-39
  3.3 磁滞 Preisach 模型的改进  39-46
    3.3.1 改进 Preisach 模型的数学描述  39-41
    3.3.2 待定参数的初始化  41-43
    3.3.3 驱动频率对模型的影响分析  43-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章系统仿真及实验数据分析  47-65
  4.1 光纤光栅电流传感系统的实验系统设计  47-54
    4.1.1 实验设备选择与分析  47-51
    4.1.2 系统磁滞仿真模型  51-54
  4.2 仿真及实验结果分析  54-64
    4.2.1 传感器特性分析  54-60
    4.2.2 磁滞补偿分析  60-63
    4.2.3 误差分析  63-64
  4.3 本章小结  64-65
结论  65-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  71-72
致谢  72-73
作者简介  73

基于Preisach模型的GMM-FBG交流电流传感特性的研究

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