專利名稱：基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，適用于無(wú)軸承異步電機(jī)的高性能解耦控制。無(wú)軸承異步電機(jī)在機(jī)床高速電主軸、飛輪儲(chǔ)能、渦輪分子泵、航空航天器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，屬于電力傳動(dòng)控制設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)軸承異步電機(jī)兩套繞組(轉(zhuǎn)矩控制繞組和懸浮控制繞組)的存在決定了電機(jī)內(nèi)部存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系。若要實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮和運(yùn)行，必須對(duì)電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力進(jìn)行動(dòng)態(tài)解耦控制。目前針對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)的控制方法集中在磁場(chǎng)定向控制、微分幾何控制和逆系統(tǒng)控制，其本質(zhì)都屬于解稱控制。其中，基于轉(zhuǎn)矩控制繞組的磁場(chǎng)(包括轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)、定子磁 場(chǎng)、氣隙磁場(chǎng))定向控制實(shí)際上是ー種非全局性的解耦方法，當(dāng)進(jìn)行弱磁升速或?yàn)榱颂岣吖β室驍?shù)而改變磁鏈幅值時(shí)，解耦條件將受到破壞，系統(tǒng)很難獲得優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能；為提高無(wú)軸承異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，微分幾何控制和逆系統(tǒng)控制也被用于無(wú)軸承異步電機(jī)的控制中，微分幾何控制需要用到抽象的幾何知識(shí)，運(yùn)算復(fù)雜，不易掌握，在實(shí)際工程中難以應(yīng)用；逆系統(tǒng)控制是針對(duì)非線性系統(tǒng)提出的精確反饋線性化控制理論，理論上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)解耦控制，但其解耦線性化的實(shí)現(xiàn)，要求獲得被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆解耦控制雖能夠在解析逆難以獲取的情況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)解耦，但存在學(xué)習(xí)速度慢、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不易優(yōu)化等缺陷，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)處理器的運(yùn)算速度有較高的要求。支持向量機(jī)克服了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等學(xué)習(xí)方法的局部極點(diǎn)小、過學(xué)習(xí)以及結(jié)構(gòu)和類型的選擇過于依賴經(jīng)驗(yàn)等固有缺陷，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擬合能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)行精確的逆模型辨識(shí)，廣泛應(yīng)用于模式識(shí)別領(lǐng)域。內(nèi)?？刂凭哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)模型精度要求低、參數(shù)整定方便、魯棒性強(qiáng)、能夠消除不可測(cè)干擾的優(yōu)點(diǎn)。多內(nèi)模切換控制是基本內(nèi)?？刂品椒ǖ末`種拓展，它針對(duì)被控對(duì)象建立多個(gè)與之近似的數(shù)學(xué)模型作為控制系統(tǒng)的內(nèi)部模型，對(duì)應(yīng)每個(gè)內(nèi)部模型設(shè)計(jì)ー個(gè)內(nèi)模控制器，在每個(gè)采樣周期結(jié)束后，通過性能指標(biāo)函數(shù)判斷出當(dāng)前最優(yōu)模型，并將對(duì)應(yīng)的控制器切換為當(dāng)前控制器。與傳統(tǒng)內(nèi)模控制相比，多內(nèi)模切換控制可以提高控制系統(tǒng)的控制精度和全局穩(wěn)定性。因此，將逆系統(tǒng)理論，支持向量機(jī)理論和多內(nèi)模切換控制理論相結(jié)合，可提高無(wú)軸承異步電機(jī)的控制性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供的一種基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，該控制方法不依賴于無(wú)軸承異步電機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，采用多內(nèi)模切換控制，能在線辨識(shí)系統(tǒng)的等效模型，對(duì)外部攝動(dòng)和電機(jī)參數(shù)漂移有很強(qiáng)的魯棒性，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)軸承異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力、以及徑向懸浮力的兩個(gè)互相垂直分量之間的解耦，使系統(tǒng)獲得良好的跟隨性和抗擾性，滿足了無(wú)軸承異步電機(jī)高性能控制的要求，擴(kuò)大了無(wú)軸承異步電機(jī)在實(shí)際エ業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用空間。
實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，由閉環(huán)控制器、支持向量機(jī)逆模型、第一和第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器及兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)組成；所述第一和第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器串接在兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)之前，構(gòu)成復(fù)合被控對(duì)象，所述支持向量機(jī)逆模型串接在所述復(fù)合被控對(duì)象之前，構(gòu)成偽線性系統(tǒng)；所述支持向量機(jī)逆模型由最小ニ乘支持向量機(jī)和積分器S.1構(gòu)成；所述第一和第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器，分別由依次串聯(lián)的電流滯環(huán)PWM逆變器，和坐標(biāo)變換器組成，所述坐標(biāo)變換器為Park—1變換和Clark—1變換器；所述偽線性系統(tǒng)中包括相互獨(dú)立的徑向X軸和y軸位移子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)和磁鏈子系統(tǒng)；所述子系統(tǒng)分別輸出徑向X軸位移量X、y軸位移量y、轉(zhuǎn)速和磁鏈至所述閉環(huán)控制器，所述閉環(huán)控制器以給定徑向X軸位移量X*、給定徑向I軸位移量y*、給定轉(zhuǎn)速和給定磁鏈與所述徑向X軸位移量x、y軸位移量y、轉(zhuǎn)速和磁鏈的差值為輸入信號(hào)，輸出徑向X軸位移命令值文、y軸位移命令值タ、轉(zhuǎn)速命令值 ,.和磁鏈命令值A(chǔ) 至支持向量機(jī)逆模型；所述支持向量機(jī)逆模型的輸出懸浮控制繞組電流信號(hào)i2sd，i2sq和轉(zhuǎn)矩控制繞組電流信號(hào)ilsd，ils,分別至所述第一和第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器；所述第一擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器輸出懸浮控制繞組三相電流信號(hào)i2a，i2b，i2c至兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)的懸浮控制繞組，所述第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器輸出轉(zhuǎn)矩控制繞組三相電流信號(hào)ila，ilb，ilc至兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)I的轉(zhuǎn)矩控制繞組。上述技術(shù)方案中，電流滯環(huán)PWM逆變器和坐標(biāo)變換(Park—1變換和Clark—1變換)串聯(lián)構(gòu)成擴(kuò)展的電流滯環(huán)PWM逆變器，兩組擴(kuò)展的電流滯環(huán)PWM逆變器串接在兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)之前構(gòu)成復(fù)合被控對(duì)象；用最小ニ乘支持向量機(jī)和積分器S—1構(gòu)成動(dòng)態(tài)支持向量機(jī)逆模型，其輸出量作為復(fù)合被控對(duì)象的輸入量；將復(fù)合被控對(duì)象串接在支持向量機(jī)逆之后，構(gòu)成基本線性化的偽線性系統(tǒng)；支持向量機(jī)逆的輸出分別為懸浮控制繞組電流信號(hào)i2sd, i2sq和轉(zhuǎn)矩控制繞組電流信號(hào)ilsd，ilsq，復(fù)合被控對(duì)象的輸出為電機(jī)徑向X軸位移、徑向y軸位移、轉(zhuǎn)速和磁鏈由此，無(wú)軸承電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為偽線性系統(tǒng)，偽線性系統(tǒng)中包括相互獨(dú)立的徑向X軸和y軸位移子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)和磁鏈子系統(tǒng)；所述閉環(huán)控制器根據(jù)各子系統(tǒng)的給定徑向X軸位移量X*、給定徑向y軸位移量y*、給定轉(zhuǎn)速和給定磁鏈V1*與所述徑向X軸位移量X、y軸位移量y、轉(zhuǎn)速和磁鏈V1 ，輸出控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象偽線性系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、磁鏈、徑向X軸位移和y軸位移的獨(dú)立控制。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述閉環(huán)控制器為多內(nèi)模切換控制器，所述多內(nèi)模切換控制器由被控對(duì)象Gp (S)、被控對(duì)象的內(nèi)部模型Gmi (S)、內(nèi)?？刂破鰿mi (S)、切換算法模塊以及切換開關(guān)組成，其中Cmi (S)為Gmi (S)的逆與對(duì)應(yīng)濾波器も(S)的乘積，i =1,2,3……n，n G N;所述內(nèi)部模型Gmi (s)的輸出與被控對(duì)象的Gp (s)輸出的差值輸出至切換算法模塊，切換算法模塊通過切換算法，在每個(gè)采樣時(shí)刻利用性能指標(biāo)函數(shù)在所述內(nèi)部模型Gmi (s)中尋找與所述被控對(duì)象Gp (s)最接近的模型，并將基于此模型的控制器切換為當(dāng)前控制器，使系統(tǒng)實(shí)際輸出的偏差最小。 作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述多內(nèi)模切換控制器包括徑向X軸位移多內(nèi)模切換控制器、徑向I軸位移多內(nèi)模切換控制器、轉(zhuǎn)速多內(nèi)模切換控制器和磁鏈多內(nèi)模切換控制器；所述多內(nèi)模切換控制通過性能指標(biāo)函數(shù)，選擇各個(gè)被控子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)等效模型作為被控對(duì)象的內(nèi)部模型，通過切換將對(duì)應(yīng)的控制器切換為當(dāng)前有效控制器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、磁鏈、徑向X軸位移和y軸位移的獨(dú)立控制。進(jìn)ー步地,上述支持向量機(jī)逆模型由兩個(gè)支持向量機(jī)2階系統(tǒng)和兩個(gè)支持向量機(jī)I階系統(tǒng)構(gòu)成的具有10個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和4個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)與6個(gè)積分器S—1相連構(gòu)成，采用最小二乗法對(duì)支持向量機(jī)逆進(jìn)行離線訓(xùn)練，使其成為具有4輸入和4輸出的逆模型。與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明的有益效果為I.利用支持向量機(jī)學(xué)習(xí)過程快捷簡(jiǎn)便、擬合能力強(qiáng)等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)逆系統(tǒng)方法相結(jié)合構(gòu)成支持向量機(jī)逆，能更好的進(jìn)行無(wú)軸承異步電機(jī)的逆模型辨識(shí)，且比傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有更高的精度，有效克服了基于磁場(chǎng)定向控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)解耦的難題，擺脫了傳統(tǒng)的微分幾何和逆系統(tǒng)方法對(duì)精確數(shù)學(xué)模型的依賴性，同時(shí)也克服了使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制使控制系統(tǒng)更加復(fù)雜和依賴專家經(jīng)驗(yàn)的缺陷。使用支持向量機(jī)辨識(shí)系統(tǒng)的逆模型，不需要系統(tǒng)模型的先驗(yàn)知識(shí)、只需要少量的輸入輸出數(shù)據(jù)作為樣本集，就可以達(dá)到理想的辨識(shí)效果。2.在使用支持向量機(jī)逆與被控對(duì)象復(fù)合構(gòu)成開環(huán)偽線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用多內(nèi) 模切換控制設(shè)計(jì)偽線性系統(tǒng)的4個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)的閉環(huán)控制器，通過性能指標(biāo)函數(shù)在線辨識(shí)4個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)等效模型，通過切換語(yǔ)句將對(duì)應(yīng)的控制器切換為當(dāng)前控制器。該控制器具有物理概念清晰、在線整定方便、對(duì)電機(jī)參數(shù)漂移和外部攝動(dòng)的魯棒性強(qiáng)、適應(yīng)面廣的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)ー步提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、穩(wěn)態(tài)控制精度和全局穩(wěn)定性。3.本發(fā)明是基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了無(wú)軸承異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力之間的動(dòng)態(tài)解耦，而且實(shí)現(xiàn)了徑向懸浮力兩個(gè)互相垂直分量之間的解耦，使無(wú)軸承異步電機(jī)獲得良好的動(dòng)靜態(tài)性能和抗負(fù)載擾動(dòng)性能，有效提高了無(wú)軸承異步電機(jī)的參數(shù)魯棒性，實(shí)現(xiàn)了無(wú)軸承異步電機(jī)徑向位移、轉(zhuǎn)速和磁鏈的獨(dú)立控制，確保了電機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮和旋轉(zhuǎn)，提高了無(wú)軸承異步電機(jī)的實(shí)用性能，適用于無(wú)軸承異步電機(jī)及其它高速大功率無(wú)軸承交流傳動(dòng)系統(tǒng)以及適合磁軸承支承的各種類型電機(jī)的運(yùn)行控制，為無(wú)軸承電機(jī)的非線性系統(tǒng)的線性化和解耦控制提供了一條新路徑，有利于無(wú)軸承異步電機(jī)市場(chǎng)化推廣應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例復(fù)合被控對(duì)象的示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例支持向量機(jī)2階系統(tǒng)，支持向量機(jī)I階系統(tǒng)與積分器構(gòu)成的支持向量機(jī)逆的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例偽線性系統(tǒng)7的示意圖及其等效圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的多內(nèi)模切換控制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例多內(nèi)模切換控制器原理框圖；圖6為基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)總體框圖(圖已修改，請(qǐng)確認(rèn))；圖7為以單個(gè)DSP完成本控制系統(tǒng)數(shù)字化實(shí)現(xiàn)裝置示意圖，其中包括光電編碼盤、電渦流傳感器。圖8為本發(fā)明控制系統(tǒng)軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容清晰明了，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步說(shuō)明。如圖6所示，基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，由閉環(huán)控制器、支持向量機(jī)逆模型4、第一和第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器2、3和兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)I組成，閉環(huán)控制器采用多內(nèi)模切換控制器5 ;第一和第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器2、3串接在兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)I之前，構(gòu)成復(fù)合被控對(duì)象6，支持向量機(jī)逆模型4串接在復(fù)合被控對(duì)象6之前，構(gòu)成偽線性系統(tǒng)7，即被控對(duì)象。對(duì)于基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)的各組成部分，詳細(xì)說(shuō)明如下I.復(fù)合被控對(duì)象6的構(gòu)建。如圖I所示，由ParlT1變換和ClarlT1變換組成的坐標(biāo)變換22與電流滯環(huán)PWM逆變器21串聯(lián)形成擴(kuò)展的電流滯環(huán)PWM逆變器2，由坐標(biāo)變換32與電流滯環(huán)PWM逆變器31串聯(lián)形成擴(kuò)展的電流滯環(huán)PWM逆變器3 ;擴(kuò)展的電流滯環(huán)PWM逆變器2、3與無(wú)軸承異步電機(jī)I串聯(lián)構(gòu)成復(fù)合被控對(duì)象6。復(fù)合被控對(duì)象6的輸入為等效 作用于懸浮控制的電流信號(hào)的i2sd，i2s,和等效作用于轉(zhuǎn)矩控制繞組電流信號(hào)ilsd，ilsq，輸出為電機(jī)的徑向X軸位移、徑向y軸位移、轉(zhuǎn)速W1 和磁鏈2.支持向量機(jī)逆模型4的構(gòu)建。如圖2所示,支持向量機(jī)逆4由兩個(gè)支持向量機(jī)2階系統(tǒng)41、42和兩個(gè)支持向量機(jī)I階系統(tǒng)43、44以及6個(gè)積分器S—1構(gòu)成。具體來(lái)說(shuō)，采用10個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和4個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的支持向量機(jī)和6個(gè)積分器構(gòu)成具有4個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和4個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的支持向量機(jī)逆4。支持向量機(jī)逆4的具體構(gòu)建方式為根據(jù)無(wú)軸承異步電機(jī)的工作原理，建立無(wú)軸承異步電機(jī)的狀態(tài)方程，即d_q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的6階微分方程，其向量相對(duì)階為a = (Q1a 2 a 3 a4)T=(2 2 I I)T, a ^ a 2+a 3+a 4 = 6,與系統(tǒng)狀態(tài)方程等階。根據(jù)逆系統(tǒng)理論，系統(tǒng)具有可逆性。將復(fù)合被控對(duì)象6的期望輸出y = Ly1, J2, y3, y4]T = [x, y, wr, ￥r]T的a階導(dǎo)數(shù)ヌ=[タ！ J2 >*3 ^ J' = [v i ''Pi iP3 作為支持向量機(jī)逆4的輸入，而支持向量機(jī)逆的輸出 u = [U1, U2, U3, U4]1 = [ilsd, ilsq, i2sd, i2sJT。對(duì)上述構(gòu)造的支持向量機(jī)逆進(jìn)行離線訓(xùn)練，訓(xùn)練方式為在實(shí)際工作區(qū)域內(nèi)，將上述的4個(gè)電流分量ilsd，ilsq，i2sd, i2s,的隨機(jī)方波信號(hào)作為階躍激勵(lì)信號(hào)施加于復(fù)合被控對(duì)象6的輸入端，并對(duì)該被控對(duì)象的輸入信號(hào)u = [U1, U2, U3, U4]T = [i2sd. i2sq. iisd. iisq]T 及輸出相應(yīng) y = [yi, y2, y3. yJT = [x, y, r, ￥r]T 進(jìn)行高速采樣，得到原始數(shù)據(jù)樣本Iu1, U2, U3, u4, Y1, J2, y3, y4};采用高階數(shù)值微分方法離線
計(jì)算y的各階導(dǎo)數(shù)，ルルち,)VjU，得到200組支持向量機(jī)逆4的訓(xùn)練樣本集
んJ1，ラ2,あ,ルタ3,>’3, タ4,Kろ為,M ;根據(jù)訓(xùn)練樣本集，采用最小二乗法分別對(duì)復(fù)合被控對(duì)象6的4個(gè)輸出量所對(duì)應(yīng)的支持向量機(jī)2階系統(tǒng)41、42和I階系統(tǒng)43、44進(jìn)行離線學(xué)習(xí)，從而獲得相應(yīng)的輸入向量系數(shù)ポ和bp其中上標(biāo)j表示復(fù)合被控對(duì)象8的第j個(gè)輸出對(duì)應(yīng)的變量，下標(biāo)i表示第i對(duì)訓(xùn)練樣本，進(jìn)而分別根據(jù)兩個(gè)支持向量機(jī)2階系
統(tǒng)41、42和兩個(gè)支持向量機(jī)I階系統(tǒng)43、44的當(dāng)前輸入Xj辨識(shí)出a階逆模型的輸出為
200
Mi+ ，式中足卜為高斯核函數(shù)。
3.偽線性系統(tǒng)7的構(gòu)建。如圖3所示，將支持向量機(jī)逆4串接在復(fù)合被控對(duì)象6之前構(gòu)成偽線性系統(tǒng)7，將非線性的無(wú)軸承異步電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為線性的開環(huán)徑向X軸位移子系統(tǒng)、徑向y軸位移子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)和磁鏈子系統(tǒng)。如圖3右圖可見，偽線性系統(tǒng)7的輸入輸出的等效傳遞函數(shù)為ls_2 s_2 S-1 s—1}。4.多內(nèi)模切換控制器5的構(gòu)建。如圖5所示，使用多內(nèi)模切換控制(如圖4所示)設(shè)計(jì)偽線性系統(tǒng)的閉環(huán)控制器，即多內(nèi)模切換控制器5。內(nèi)模切換控制器5包括徑向X軸位移多內(nèi)模切換控制器51、徑向y軸位移多內(nèi)模切換控制器52、轉(zhuǎn)速多內(nèi)模切換控制器53和磁鏈多內(nèi)模切換控制器54。
對(duì)于徑向X軸位移子系統(tǒng)，視被控對(duì)象為Gpl(S) = 1/s2，屬于ニ階積分型系統(tǒng)?？紤]到電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中參數(shù)漂移和外部擾動(dòng)，設(shè)定徑向X軸位移子系統(tǒng)的內(nèi)部模型在ー個(gè)模型集合內(nèi)變化，記為 Gmli(S) = l(klS2)，其中，i G [1,20], i G Nj1 G
。設(shè)計(jì)ニ型低通濾波器fu (s) = (2%8+1)バ1+0132，對(duì)應(yīng)的內(nèi)模控制器為(^(8) = (klS2)
(2aliS+l)/(l+aliS)20通過性能指標(biāo)函數(shù)
權(quán)利要求
1.基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，包括由閉環(huán)控制器(5)、支持向量機(jī)逆模型(4)、第一和第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器(2、3)和兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)(I)； 所述支持向量機(jī)逆模型4由最小二乘支持向量機(jī)和積分器構(gòu)成； 所述第一和第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器(2、3)串接在兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)(I)之前，構(gòu)成復(fù)合被控對(duì)象(6)，所述支持向量機(jī)逆模型(4)串接在所述復(fù)合被控對(duì)象(6)之前，構(gòu)成偽線性系統(tǒng)(7); 所述第一和第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器(2，3)，分別由依次串聯(lián)的電流滯環(huán)PWM逆變器(21，31)和坐標(biāo)變換器(22，32)組成，所述坐標(biāo)變換器(22，32)為Park—1變換和Clark—1變換器；其特征是， 所述偽線性系統(tǒng)(7)中包括相互獨(dú)立的徑向X軸和y軸位移子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)和磁鏈子系統(tǒng)，所述子系統(tǒng)分別輸出徑向X軸位移量x、y軸位移量y、轉(zhuǎn)速和磁鏈至所述閉環(huán)控制器，所述閉環(huán)控制器以給定徑向X軸位移量x*、給定徑向I軸位移量y*、給定轉(zhuǎn)速 和給定磁鏈與所述徑向X軸位移量x、y軸位移量y、轉(zhuǎn)速和磁鏈的差值為輸入信號(hào)，輸出徑向X軸位移命令值Jt;、y軸位移命令值夕、轉(zhuǎn)速命令值6) ■和磁鏈命令值武 至支持向量機(jī)逆模型(4);所述支持向量機(jī)逆模型(4)的輸出懸浮控制繞組電流信號(hào)i2sd，i2sq和轉(zhuǎn)矩控制繞組電流信號(hào)ilsd，ilsq分別至所述第一和第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器(2，3);所述第一擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器(2)輸出懸浮控制繞組三相電流信號(hào)i2a，i2b，i2c至兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)(I)的懸浮控制繞組，所述第二擴(kuò)展的電流滯環(huán)逆變器3輸出轉(zhuǎn)矩控制繞組三相電流信號(hào)ila，ilb，ilc至兩自由度無(wú)軸承異步電機(jī)I的轉(zhuǎn)矩控制繞組。
根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于持向量機(jī)逆根據(jù)的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述閉環(huán)控制器為多內(nèi)模切換控制器(5)，所述多內(nèi)模切換控制器(5)由被控對(duì)象Gp (S)、被控對(duì)象的內(nèi)部模型Gmi (S)、內(nèi)?？刂破鰿mi (S)、切換算法模塊以及切換開關(guān)組成，其中，內(nèi)?？刂破鰿mi (s)為Gmi (s)的逆與對(duì)應(yīng)濾波器fi (s)的乘積，i = 1,2, 3……n, n G N ；所述內(nèi)部模型Gmi (s)的輸出與被控對(duì)象Gp (s)的輸出的差值輸出至切換算法模塊，切換算法模塊通過切換算法，在每個(gè)采樣時(shí)刻利用性能指標(biāo)函數(shù)在所述內(nèi)部模型Gmi (s)中尋找與所述被控對(duì)象Gp (s)最接近的模型，并將基于此模型的控制器切換為當(dāng)前控制器，使系統(tǒng)實(shí)際輸出的偏差最小。
2.根據(jù)權(quán)利要求支I所述的基于持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述支持向量機(jī)逆模型(4)由兩個(gè)支持向量機(jī)2階系統(tǒng)和兩個(gè)支持向量機(jī)I階系統(tǒng)構(gòu)成的具有10個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和4個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，與6個(gè)積分器S—1相連構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述多內(nèi)模切換控制器(5)包括徑向X軸位移多內(nèi)模切換控制器(51)、徑向y軸位移多內(nèi)模切換控制器(52)、轉(zhuǎn)速多內(nèi)模切換控制器(53)和磁鏈多內(nèi)模切換控制器(54);所述多內(nèi)模切換控制通過性能指標(biāo)函數(shù)，選擇各個(gè)被控子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)等效模型作為被控對(duì)象的Gp(s)的內(nèi)部模型，通過切換將對(duì)應(yīng)的控制器切換為當(dāng)前有效控制器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、磁鏈、徑向X軸位移和I軸位移的獨(dú)立控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求支3所述的基于持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng)的被控對(duì)象Gp(S)中，徑向X軸位移子系統(tǒng)的被控對(duì)象為Gpl(S) = 1/s2，設(shè)定徑向X軸位移子系統(tǒng)的內(nèi)部模型在一個(gè)模型集合內(nèi)變化，記為Gmli(S) = I/Gc1 s2)，二型低通濾波器fn (s) = (2 a liS+l) / (1+ a liS)2,對(duì)應(yīng)的徑向x軸位移多內(nèi)模切換控制器(51)為Cmli (s)=(M2) (2a liS+l)/(l+a liS)2 ;通過性能指標(biāo)函數(shù)
5.根據(jù)權(quán)利要求支3所述的基于持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng)的被控對(duì)象Gp(S)中，徑向y軸位移子系統(tǒng)的被控對(duì)象為Gpl(S) = 1/s2，設(shè)定徑向y軸位移子系統(tǒng)的內(nèi)部模型在一個(gè)模型集合內(nèi)變化，記為Gmli(S) = l(klS2)，二型低通濾波器(s) = (2 a liS+l) / (1+ a liS)2，對(duì)應(yīng)的徑向y軸位移多內(nèi)模切換控制器(52)為Cmli (s)=(M2) (2a liS+l)/(l+a liS)2 ;通過性能指標(biāo)函數(shù)
6.根據(jù)權(quán)利要求支3所述的基于持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng)的被控對(duì)象Gp(S)中，所述轉(zhuǎn)速、磁鏈子系統(tǒng)的被控對(duì)象為[Gp3(S) Gp4(S)]1= [I/S2 1/S2]1，設(shè)定轉(zhuǎn)速、磁鏈子系統(tǒng)的內(nèi)部模型在一個(gè)模型集合內(nèi)變化記作[Mi(S) Gffl4i(S)]T= [I (k3s) l/(k4s)]T,兩個(gè)一型低通濾波器分別為 f3i(s) = I (1+a 3is)和 f4i (s) = I/(1+a 4is),則對(duì)應(yīng)的內(nèi)?？刂破鞣謩e為 Cm3i(S) = k3s/ (1+a 3is)和 Cm4i (s) = k4s/ (1+a 4is),通過性能指標(biāo)函數(shù)
7.根據(jù)權(quán)利要求支4所述的基于持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，采用最小二乘法分別對(duì)復(fù)合被控對(duì)象(6)的4個(gè)輸出量所對(duì)應(yīng)的支持向量機(jī)2階系統(tǒng)(41、.42)和支持向量機(jī)I階系統(tǒng)(43、44)進(jìn)行離線學(xué)習(xí)，從而獲得相應(yīng)的輸入向量系數(shù)a/和b」，進(jìn)而分別根據(jù)兩個(gè)支持向量機(jī)2階系統(tǒng)(41、42)和兩個(gè)支持向量機(jī)1階系統(tǒng)(43、44)的當(dāng) 前輸入Xj辨識(shí)出逆模型的輸出為
全文摘要
本發(fā)明涉及基于支持向量機(jī)逆的無(wú)軸承異步電機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由兩個(gè)Park-1變換、兩個(gè)Clark-1變換和兩個(gè)電流滯環(huán)PWM逆變器以及無(wú)軸承異步電機(jī)構(gòu)成復(fù)合被控對(duì)象；由支持向量機(jī)加積分器并通過最小二乘法離線學(xué)習(xí)建立復(fù)合被控對(duì)象的支持向量機(jī)逆；將支持向量機(jī)逆與復(fù)合被控對(duì)象串聯(lián)構(gòu)成由線性化的兩個(gè)徑向位移子系統(tǒng)、一個(gè)轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)和一個(gè)磁鏈子系統(tǒng)組成的偽線性系統(tǒng)；對(duì)偽線性系統(tǒng)采用多內(nèi)模切換控制進(jìn)行閉環(huán)復(fù)合控制。本發(fā)明能在線辨識(shí)被控對(duì)象的實(shí)時(shí)等效模型，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)控制精度，對(duì)外部擾動(dòng)和電機(jī)參數(shù)變化極具魯棒性，可實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承異步電機(jī)各個(gè)被控量的高性能動(dòng)態(tài)解耦控制。
文檔編號(hào)H02P21/00GK102769424SQ20121020167
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者劉奕辰, 劉賢興, 孫宇新, 陳明易 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)