專利名稱：兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆協(xié)調(diào)控制變頻器及構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩交流感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的同步協(xié)調(diào)控制變頻器及其構(gòu)造方法，適用于兩 臺(tái)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)共同負(fù)載(帶狀性負(fù)載)的控制，且可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，屬于電力傳動(dòng) 控制設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在工業(yè)生產(chǎn)中大量存在著由兩臺(tái)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱感應(yīng)電機(jī))甚至多臺(tái)電 機(jī)帶動(dòng)共同負(fù)載(如帶狀性負(fù)載等)以相同的速度同步協(xié)調(diào)運(yùn)行，系統(tǒng)大部分采用直流電 機(jī)。由于直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，且存在換向問題，這給使用帶來(lái)不方便。目前采 用變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)已被廣泛應(yīng)用于原釆用直流電機(jī)傳動(dòng)的許多領(lǐng)域， 一臺(tái)變頻器可 以較好地控制一臺(tái)感應(yīng)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。但對(duì)兩臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)共同負(fù)載運(yùn)行的系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱 兩感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng))來(lái)說，僅僅只采用變頻器還不能滿足帶狀性負(fù)載保持恒定的張力且系統(tǒng) 同步協(xié)調(diào)運(yùn)行的實(shí)際要求。因?yàn)樵趦筛袘?yīng)電機(jī)中不光存在每臺(tái)感應(yīng)電機(jī)的速度與轉(zhuǎn)子磁鏈 的相互耦合，而且由于兩感應(yīng)電機(jī)的張力與兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)的速度之差有關(guān)，因此存在兩感 應(yīng)電機(jī)的速度和張力之間的相互耦合。兩感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)是一復(fù)雜的多變量非線性的耦合系 統(tǒng)，不管是采用恒壓頻比控制變頻器還是采用矢量控制變頻器都很難使帶動(dòng)共同負(fù)載的兩 臺(tái)感應(yīng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)高性能的同步協(xié)調(diào)運(yùn)行，特別是網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。
目前采用方法是在兩感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)外增加同步協(xié)調(diào)控制器，很明顯增加同步協(xié)調(diào)控制 器會(huì)使系統(tǒng)的成本變高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)困難，很難達(dá)到真正的高性能同步協(xié)調(diào)運(yùn)行。因此對(duì)兩 感應(yīng)電機(jī)來(lái)說，通常采用變頻器加感應(yīng)電機(jī)加同步協(xié)調(diào)控制器的工作方式不是最有效的控 制方式。
為了從本質(zhì)上改善兩感應(yīng)電機(jī)對(duì)參數(shù)變化及擾動(dòng)的適應(yīng)性、魯棒性和網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的網(wǎng) 絡(luò)時(shí)延對(duì)系統(tǒng)的影響，實(shí)現(xiàn)兩感應(yīng)電機(jī)的速度和張力的解耦控制，進(jìn)而提高兩感應(yīng)電機(jī)同 步協(xié)調(diào)控制的運(yùn)行性能，實(shí)現(xiàn)真正的高性能同步協(xié)調(diào)運(yùn)行，需采用一些新的控制技術(shù)和新 的控制方法。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是近年來(lái)迅速發(fā)展的一門學(xué)科，它是由大量的處理單元PE通過廣泛的連接形 成的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已引入到了參數(shù)估計(jì)與系統(tǒng)辨識(shí)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算技術(shù)已 應(yīng)用于生物、醫(yī)療、電子、數(shù)學(xué)、物理和工程等學(xué)科，通過建立模型實(shí)現(xiàn)。常用的廣義回 歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、 一層或者多層隱含層和輸出層組成，各層之間采用全互連接，但同一層單元間不相互連接，只要在隱層中有足夠多的神經(jīng)元，多層網(wǎng)絡(luò)就可以用來(lái)逼近幾乎
任何一個(gè)非線性函數(shù)，根據(jù)一組特定的輸入便可得到要求的輸出。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既可使每臺(tái)電機(jī)具有優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)控制性能，抗電機(jī)參數(shù) 變化及抗負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)，又能有效地提高兩感應(yīng)電機(jī)的各項(xiàng)控制性能指標(biāo)，如動(dòng)態(tài)響應(yīng) 速度、穩(wěn)態(tài)跟蹤精度、參數(shù)魯棒性及網(wǎng)絡(luò)時(shí)延影響的兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié) 調(diào)控制變頻器；本發(fā)明的另一目的是提供該兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變 頻器的構(gòu)造方法。
本發(fā)明兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆協(xié)調(diào)控制變頻器采用的技術(shù)方案是包括磁鏈觀 測(cè)器、在兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)的前端連接變頻器，后端通過傳送帶連接共同負(fù)載，所述變頻器是 由線性閉環(huán)控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆和復(fù)合被控對(duì)象連接構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào) 控制變頻器，所述復(fù)合被控對(duì)象是由磁鏈觀測(cè)器、被控的兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)與包括坐標(biāo)變換在 內(nèi)的擴(kuò)展的流控逆變器及共同負(fù)載連接組成，將所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆置于復(fù)合被控對(duì)象之 前組成偽線性系統(tǒng)，該偽線性系統(tǒng)由兩個(gè)磁鏈一階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)、 一個(gè)速度一階穩(wěn) 定的偽線性子系統(tǒng)和一個(gè)張力二階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)組成；在偽線性系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)成線 性閉環(huán)控制器的兩個(gè)磁鏈控制器、 一個(gè)速度控制器和一個(gè)張力控制器。
本發(fā)明兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步控制變頻器的構(gòu)造方法采用的技術(shù)方案，先 采用常用的電流、速度磁鏈觀測(cè)模型及克拉克Clark變換組成兩個(gè)磁鏈觀測(cè)器，還依次包 括如下步驟，
(1) 由電流控制電壓源逆變器、逆派克Park變換和逆克拉克Clark變換共同形成兩擴(kuò) 展的流控逆變器；
(2) 將兩擴(kuò)展的流控逆變器與兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)及其負(fù)載作為一個(gè)復(fù)合被控對(duì)象；
(3) 將復(fù)合被控對(duì)象采用9個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)、4個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加4個(gè)傳函和 一個(gè)積分來(lái)構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆，通過調(diào)整靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)權(quán)系數(shù)使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆 實(shí)現(xiàn)復(fù)合被控對(duì)象的廣義逆系統(tǒng)功能；
(4) 將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆串接在復(fù)合被控對(duì)象之前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆與復(fù)合被控對(duì)象合
成為由三個(gè)一階子系統(tǒng)即兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈子系統(tǒng)和一個(gè)速度子系統(tǒng)與一個(gè)二階子系統(tǒng)構(gòu)成的
偽線性系統(tǒng)；
(5) 在偽線性系統(tǒng)基礎(chǔ)上分別作出兩個(gè)磁鏈控制器、 一個(gè)速度控制器和一個(gè)張力控制 器組成線性閉環(huán)控制器，最終形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器。本發(fā)明通過構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆，將對(duì)兩感應(yīng)電機(jī)這一多變量、強(qiáng)耦合、時(shí)變非線性 系統(tǒng)的控制轉(zhuǎn)化為對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈、 一個(gè)速度的一階線性穩(wěn)定子系統(tǒng)和一個(gè)張力的二階穩(wěn) 定線性子系統(tǒng)的控制，相應(yīng)地就可以方便地設(shè)計(jì)線性閉環(huán)控制器，由于真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)各臺(tái) 感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈與速度之間的動(dòng)態(tài)解耦和兩感應(yīng)電機(jī)的速度與張力之間的解耦控制， 因而不僅可分別獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)速度與轉(zhuǎn)子磁鏈的有效控制，而且可分別獨(dú)立 的實(shí)現(xiàn)對(duì)兩感應(yīng)電機(jī)速度和張力的有效控制，獲得優(yōu)良的速度和張力調(diào)節(jié)性能。由于采用 了不依賴被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)廣義逆系統(tǒng)功能，因而大大提高了對(duì)電機(jī)參 數(shù)變化、負(fù)載擾動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延變化的魯棒性。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1. 將兩感應(yīng)電機(jī)這一被控量(各臺(tái)感應(yīng)電機(jī)的速度與轉(zhuǎn)子磁鏈、兩感應(yīng)電機(jī)的速度和 張力)相互耦合的四輸入(兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈給定和兩個(gè)速度給定)四輸出(傳 送帶的速度、傳送帶的張力和兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈)復(fù)雜非線性耦合系統(tǒng)的控制問題 轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的四個(gè)穩(wěn)定偽線性子系統(tǒng)(兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈偽線性子系統(tǒng)、 一個(gè)速度偽線性子系 統(tǒng)和一個(gè)張力偽線性子系統(tǒng))的控制問題，進(jìn)一步合理設(shè)計(jì)線性閉環(huán)控制器，可獲得高性 能的同步協(xié)調(diào)控制以及抗負(fù)載擾動(dòng)的運(yùn)行性能。
2. 用靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加傳函和積分來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合被控對(duì)象的廣義逆系統(tǒng)，構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣 義逆同步協(xié)調(diào)變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩感應(yīng)電機(jī)的控制，完全擺脫了傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)控制方法對(duì) 于數(shù)學(xué)模型的依賴性，有效地減小了電機(jī)參數(shù)變化、負(fù)載擾動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延對(duì)兩感應(yīng)電機(jī)的 影響，顯著地提高了兩感應(yīng)電機(jī)控制的性能指標(biāo)。
3. 可用于構(gòu)造新型同步協(xié)調(diào)控制變頻器對(duì)兩感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行高性能控制，不僅在以感應(yīng) 電機(jī)為動(dòng)力裝置的同步協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中有很高的應(yīng)用價(jià)值，而且在以其它類型的網(wǎng)絡(luò)化的 交流電機(jī)為動(dòng)力裝置的同步協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，應(yīng)用前景廣闊。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是由電流、速度磁鏈估計(jì)模型11與克拉克Clark變換組成的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器11;
圖2是由坐標(biāo)變換31、電流控制電壓源逆變器32共同組成擴(kuò)展的流控逆變器3的結(jié) 構(gòu)圖，其中有電流控制電壓源逆變器32和由逆派克Park變換和逆克拉克Clark變換組成的 坐標(biāo)變換31;
圖3是以擴(kuò)展的流控逆變器3驅(qū)動(dòng)的兩感應(yīng)電機(jī)2帶動(dòng)共同負(fù)載4的原理結(jié)構(gòu)圖，其 中有兩個(gè)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器l、兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)2、兩臺(tái)擴(kuò)展的流控逆變器3和共同負(fù)載4;
圖4是兩感應(yīng)電機(jī)2對(duì)應(yīng)的每一臺(tái)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器1和擴(kuò)展的流控逆變器3
驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電機(jī)2的具體原理結(jié)構(gòu)圖5是兩感應(yīng)電機(jī)2對(duì)應(yīng)的每一臺(tái)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器1和擴(kuò)展的流控逆變器3驅(qū)動(dòng)的感 應(yīng)電機(jī)2的數(shù)學(xué)模型示意圖及其等效圖6是兩感應(yīng)電機(jī)四輸入和四輸出的等效控制框圖7是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6與復(fù)合被控對(duì)象5復(fù)合構(gòu)成的偽線性系統(tǒng)7的示意圖及其等 效圖；其中有傳函、積分器、靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61，偽線性系統(tǒng)7;
圖8是加到圖3所示的復(fù)合被控對(duì)象5中1號(hào)擴(kuò)展的流控逆變器輸入端用于獲取神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的兩個(gè)電流分量信號(hào)；
圖9是由線性閉環(huán)控制器8與偽線性系統(tǒng)7組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；其中偽線 性系統(tǒng)7包括兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈子系統(tǒng)71和73、 一個(gè)速度子系統(tǒng)72和一個(gè)張力子系統(tǒng)74;線 性閉環(huán)控制器包括兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈控制器81和83、一個(gè)速度控制器82和一個(gè)張力控制器84;
圖IO是本發(fā)明整體的控制原理框圖。
圖11是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器9對(duì)兩感應(yīng)電機(jī)5進(jìn)行控制的完整原 理框圖12是釆用DSP作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器的本發(fā)明裝置組成示意圖。 其中有DSPIO、光電編碼器12;
圖13是以DSP為控制器的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)軟件框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖11所示，本發(fā)明協(xié)調(diào)控制變頻器包括磁鏈觀測(cè)器l、在兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)2的前端連 接變頻器，后端通過傳送帶連接共同負(fù)載4。變頻器是由線性閉環(huán)控制器8、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義 逆6和復(fù)合被控對(duì)象5連接構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器9，所述復(fù)合被控 對(duì)象5是由磁鏈觀測(cè)器1、被控的兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)2與包括坐標(biāo)變換在內(nèi)的擴(kuò)展的流控逆變 器3及共同負(fù)載4連接組成，將所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6置于復(fù)合被控對(duì)象5之前組成偽線 性系統(tǒng)7，該偽線性系統(tǒng)7由兩個(gè)磁鏈一階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)71、 73、 一個(gè)速度一階穩(wěn) 定的偽線性子系統(tǒng)72和一個(gè)張力二階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)74組成；在偽線性系統(tǒng)7基礎(chǔ) 上構(gòu)成線性閉環(huán)控制器8的兩個(gè)磁鏈控制器81、 83、 一個(gè)速度控制器82和一個(gè)張力控制 器84。所述擴(kuò)展的流控逆變器3是由電流控制電壓源逆變器32和坐標(biāo)變換31組成，坐標(biāo) 變換31是由兩個(gè)逆派克Park變換及兩個(gè)逆克拉克Clark變換串接成。如圖1-10所示，兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆協(xié)調(diào)控制的構(gòu)造方法為，首先采用常用 的電流、速度磁鏈觀測(cè)模型及克拉克Clark變換組成的兩個(gè)磁鏈觀測(cè)器1，來(lái)獲取磁鏈閉 環(huán)控制所需的兩個(gè)感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈信息；再由電流控制電壓源逆變器32、逆派克Park 變換和逆克拉克Clark變換組成坐標(biāo)變換31共同形成擴(kuò)展的流控逆變器3。此擴(kuò)展的流控 逆變器3將作為整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6同步協(xié)調(diào)控制變頻器的一個(gè)組成部分。其次將兩擴(kuò) 展的流控逆變器3與兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)2及其負(fù)載作為一個(gè)復(fù)合被控對(duì)象5，該復(fù)合被控對(duì)象5 等效為轉(zhuǎn)子磁鏈坐標(biāo)系下的五階微分方程模型，系統(tǒng)的向量相對(duì)階為U,l，l,2}。采用9個(gè) 輸入節(jié)點(diǎn)、4個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61 (靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61為多層網(wǎng)絡(luò)MLN)加4個(gè)傳 函和一個(gè)積分來(lái)構(gòu)造復(fù)合被控對(duì)象5的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6。并通過調(diào)整靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的 各個(gè)權(quán)系數(shù)使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6實(shí)現(xiàn)復(fù)合被控對(duì)象5的廣義逆系統(tǒng)功能。再將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣 義逆5串接在復(fù)合被控對(duì)象5之前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6與復(fù)合被控對(duì)象5合成為由三個(gè)一 階子系統(tǒng)即兩個(gè)磁鏈一階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)71、 73、 一個(gè)速度一階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng) 72和一個(gè)張力二階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)74組成的穩(wěn)定偽線性系統(tǒng)7，從而將一個(gè)復(fù)雜的多 變量非線性系統(tǒng)的控制轉(zhuǎn)化為三個(gè)簡(jiǎn)單的一階穩(wěn)定子系統(tǒng)加一個(gè)簡(jiǎn)單的二階穩(wěn)定子系統(tǒng)的 控制。對(duì)于已經(jīng)解耦的三個(gè)一階子系統(tǒng)和一個(gè)二階子系統(tǒng)，采用一種簡(jiǎn)單線性系統(tǒng)綜合方 法，如PID或極點(diǎn)配置等，分別作出兩個(gè)磁鏈控制器81、 83、 一個(gè)速度控制器82和一個(gè) 張力控制器84，兩個(gè)磁鏈控制器81、 83、 一個(gè)速度控制器82和一個(gè)張力控制器84共同組 成線性閉環(huán)控制器8，最終形成由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6、線性閉環(huán)控制器8、擴(kuò)展的流控逆變 器3與磁鏈觀測(cè)器1共4個(gè)部分組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器9，來(lái)對(duì)兩感 應(yīng)電機(jī)2進(jìn)行控制。根據(jù)不同的控制要求，可選擇不同的硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明構(gòu)造方法的具體的實(shí)施方案分以下9步
1. 如圖1所示構(gòu)造轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器1。對(duì)兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)分別構(gòu)造轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器1， 磁鏈觀測(cè)器1由常用的電流、速度磁鏈估計(jì)模型11及克拉克Clark變換組成。磁鏈觀測(cè)器 1的輸入為感應(yīng)電機(jī)2定子相電流z'。、 4及速度^，輸出為轉(zhuǎn)子磁鏈角e及轉(zhuǎn)子磁鏈^。 其中轉(zhuǎn)子磁鏈角9將用于實(shí)現(xiàn)派克Park變換運(yùn)算與逆派克Park變換運(yùn)算，轉(zhuǎn)子磁鏈^將 作為磁鏈閉環(huán)控制的反饋量。磁鏈觀測(cè)器1將作為整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻 器9的一個(gè)組成部分。
2. 如圖2所示構(gòu)造擴(kuò)展的流控逆變器3。首先由逆派克Park變換和逆克拉克Clark變 換組成坐標(biāo)變換31，之后將該坐標(biāo)變換31與常用的電流控制電壓源逆變器32共同組成擴(kuò) 展的流控逆變器3，此擴(kuò)展的流控逆變器3以兩個(gè)定子電流分量為其輸入。擴(kuò)展的流控逆變器3將作為整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器9的一個(gè)組成部分。
3. 如圖3所示形成復(fù)合被控對(duì)象5。將構(gòu)造好的兩個(gè)擴(kuò)展的流控逆變器3、兩個(gè)感應(yīng) 電機(jī)2、磁鏈觀測(cè)器l與被控的兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)2和共同負(fù)載4 (帶狀性負(fù)載)組成復(fù)合被控 對(duì)象5，該復(fù)合被控對(duì)象5以四個(gè)定子電流分量為其輸入，兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)2轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè) 值、兩感應(yīng)電機(jī)2的速度和張力為輸出。
4. 如圖4所示通過分析、等效與推導(dǎo)，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6的構(gòu)造與學(xué)習(xí)訓(xùn)練提供方 法上的根據(jù)。首先建立各復(fù)合被控子對(duì)象5的數(shù)學(xué)模型，即建立每一臺(tái)感應(yīng)電機(jī)2、每一 個(gè)擴(kuò)展的流控逆變器3的數(shù)學(xué)模型和每一臺(tái)感應(yīng)電機(jī)2轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器1的數(shù)學(xué)模型，并 經(jīng)圖5所示的等效。然后考慮兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)2以及兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)2的共同負(fù)載4，得復(fù)合 被控對(duì)象5的等效數(shù)學(xué)模型，示意圖如圖6所示。即轉(zhuǎn)子磁鏈坐標(biāo)系下的五階微分方程， 其向量相對(duì)階為{1，1，1，2}。經(jīng)推導(dǎo)可證明該五階微分方程模型的廣義逆系統(tǒng)存在，并可 確定其廣義逆系統(tǒng)的四個(gè)輸入是1號(hào)感應(yīng)電機(jī)2轉(zhuǎn)子磁鏈的一階導(dǎo)數(shù)、兩感應(yīng)電機(jī)2速度 的一階導(dǎo)數(shù)、2號(hào)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的一階導(dǎo)數(shù)和兩感應(yīng)電機(jī)2張力的二階導(dǎo)數(shù)，四個(gè)輸 出分別為復(fù)合被控對(duì)象5的四個(gè)輸入。需要說明的是，這一步僅為以下的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆 6的構(gòu)造與學(xué)習(xí)訓(xùn)練提供方法上的根據(jù)，在本發(fā)明的具體實(shí)施中，這一步，包括對(duì)復(fù)合被 控對(duì)象5廣義逆系統(tǒng)存在的理論證明及一些相應(yīng)的等效變換及推導(dǎo)等，可跳過。
5. 采用靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加4個(gè)傳函和一個(gè)積分構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6，如圖7左圖的虛 線框內(nèi)所示。其中靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61釆用3層的MLN網(wǎng)絡(luò)，輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為9，隱含層節(jié) 點(diǎn)數(shù)為17，輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為4，隱層神經(jīng)元激活函數(shù)使用S型雙曲正切函數(shù)
C ，輸出層的神經(jīng)元采用純線性函數(shù)/(x)二x， ；c為神經(jīng)元的輸入，靜態(tài)神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的權(quán)系數(shù)將在下一步的離線學(xué)習(xí)中確定。然后用具有9個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)、4個(gè)輸出節(jié) 點(diǎn)的靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61加4個(gè)傳函和一個(gè)積分來(lái)構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6，如圖7左圖的虛線 框內(nèi)所示。其中靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的第一個(gè)輸入為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6的第一個(gè)輸入，其經(jīng)第 一個(gè)傳函的輸出為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的第二個(gè)輸入；靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的第三個(gè)輸入為神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)廣義逆6的第二個(gè)輸入，其經(jīng)第二個(gè)傳函的輸出為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的第四個(gè)輸入。靜 態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的第五個(gè)輸入為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6的第三個(gè)輸入，其經(jīng)第三個(gè)傳函的輸出為 靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的第六個(gè)輸入；靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的第七個(gè)輸入為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6的第 四個(gè)輸入，其經(jīng)第四個(gè)傳函的輸出為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的第八個(gè)輸入，所述靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 61的第八個(gè)輸入再經(jīng)第一個(gè)積分為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的第九個(gè)輸入。靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61與四 個(gè)傳函和一個(gè)積分一道組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的輸出就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6的輸出。
6. 如圖8所示，調(diào)整靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的權(quán)系數(shù)。(a)將兩個(gè)電流分量以輸入的形式 分別加到1號(hào)和2號(hào)擴(kuò)展的流控逆變器3 (即復(fù)合被控對(duì)象5的輸入端)，以6毫秒的采樣 周期采集感應(yīng)電機(jī)速度《H, ^2與電流i。, 、 ^和/。2 、 /A2及張力F，根據(jù)wfl ， ^2與/。, 、 和/。2 、 ^，由兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器1獲得兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈^,和V^,并保存數(shù)據(jù){^,, w,,， ^2， F}。
(b)將兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈及速度信號(hào)離線分別求其一階導(dǎo)數(shù)，張力信號(hào)離線分別求其一階、二 階導(dǎo)數(shù)，并對(duì)信號(hào)做規(guī)范化處理，組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集 A" <， ，y屮#，戶，F(xiàn)， C， d ， C C2} 。 (c)采用帶動(dòng)量項(xiàng)和變學(xué)習(xí)率 的誤差反傳BP算法對(duì)靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61進(jìn)行訓(xùn)練，經(jīng)過600次訓(xùn)練，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出均方誤 差小于0.001，滿足要求，從而確定了靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61的各個(gè)權(quán)系數(shù)。
7. 形成兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈子系統(tǒng)、 一個(gè)速度子系統(tǒng)與一個(gè)張力子系統(tǒng)。由確定了各個(gè)權(quán)系 數(shù)的靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)61與4個(gè)傳函和1個(gè)積分構(gòu)成祌經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆，如圖7左圖中的虛線框 內(nèi)所示，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6與復(fù)合被控對(duì)象5串接組成偽線性系統(tǒng)7，如圖7右圖所示， 該偽線性系統(tǒng)7由兩個(gè)磁鏈一階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)71、 73、 一個(gè)速度一階穩(wěn)定的偽線性 子系統(tǒng)72和一個(gè)張力二階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)74共同組成，從而達(dá)到了速度與轉(zhuǎn)子磁鏈 之間、速度與張力之間的解耦，把復(fù)雜的多變量非線性系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的四個(gè)單變量 線性系統(tǒng)的控制。
8. 作出線性閉環(huán)控制器。如圖7右圖所示，對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈子系統(tǒng)、 一個(gè)速度子系統(tǒng) 和一個(gè)張力子系統(tǒng)分別作出線性閉環(huán)控制器8。如圖9所示線性閉環(huán)控制器8采用線性系 統(tǒng)理論中的比例積分微分控制器P/D、極點(diǎn)配置或二次型指標(biāo)最優(yōu)等方法來(lái)設(shè)計(jì)，在本發(fā) 明給出的實(shí)施例中，兩個(gè)磁鏈控制器81、 83、 一個(gè)速度控制器82和一個(gè)張力控制器84均 選用了比例積分iV控制器，其參數(shù)整定為兩個(gè)磁鏈控制器81、 83為？/ = 600 + 12〃，速度 控制器82為尸/ = 85 + 12/"張力控制器84為/7 = 40 + 6"，整個(gè)系統(tǒng)如圖10所示。
9. 形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器9。如圖11中大虛線框中所示，將神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)廣義逆6、線性閉環(huán)控制器8、兩個(gè)擴(kuò)展的流控逆變器3與兩個(gè)磁鏈觀測(cè)器1共同組成 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器?？筛鶕?jù)不同的控制要求采用不同的硬件或軟件來(lái)實(shí) 現(xiàn)。
如圖12所示，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆6、閉環(huán)控制器8、坐標(biāo)變換31及磁鏈觀測(cè)器1由 數(shù)字信號(hào)處理器即DSP控制器通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；擴(kuò)展的流控逆變器3采用智能功率模塊來(lái) 實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)程序框圖如圖13所示。被控感應(yīng)電機(jī)型號(hào)為Y90S-4，電機(jī)參數(shù)為戶^1.UW;(7e=220/380V; /e=2.7A; /e=50 Hz; ""=2; coe=1400rpm。
權(quán)利要求
1、一種兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆協(xié)調(diào)控制變頻器，包括磁鏈觀測(cè)器(1)、在兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)(2)的前端連接變頻器、后端通過傳送帶連接共同負(fù)載(4)，其特征在于所述變頻器是由線性閉環(huán)控制器(8)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6)和復(fù)合被控對(duì)象(5)連接構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器(9)，所述復(fù)合被控對(duì)象(5)是由磁鏈觀測(cè)器(1)、被控的兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)(2)與包括坐標(biāo)變換在內(nèi)的擴(kuò)展的流控逆變器(3)及共同負(fù)載(4)連接組成，將所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6)置于復(fù)合被控對(duì)象(5)之前組成偽線性系統(tǒng)(7)，該偽線性系統(tǒng)(7)由兩個(gè)磁鏈一階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)(71、73)、一個(gè)速度一階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)(72)和一個(gè)張力二階穩(wěn)定的偽線性子系統(tǒng)(74)組成；在偽線性系統(tǒng)(7)基礎(chǔ)上構(gòu)成線性閉環(huán)控制器(8)的兩個(gè)磁鏈控制器(81、83)、一個(gè)速度控制器(82)和一個(gè)張力控制器(84)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆協(xié)調(diào)控制變頻器，其特征在于 所述擴(kuò)展的流控逆變器(3)是由電流控制電壓源逆變器(32)和坐標(biāo)變換(31)組成，坐 標(biāo)變換(31)是由兩個(gè)逆派克Park變換及兩個(gè)逆克拉克Clark變換串接成。
3、 一種兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆協(xié)調(diào)控制變頻器的構(gòu)造方法，先采用常用的電流、 速度磁鏈觀測(cè)模型及克拉克Clark變換組成兩個(gè)磁鏈觀測(cè)器(1)，其特征在于還依次包括 如下步驟，(1) 由電流控制電壓源逆變器(32)、逆派克Park變換和逆克拉克Clark變換共同形 成兩擴(kuò)展的流控逆變器(3);(2) 將兩擴(kuò)展的流控逆變器(3)與兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)(2)及其負(fù)載作為一個(gè)復(fù)合被控對(duì) 象(5);(3) 將復(fù)合被控對(duì)象(5)采用9個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)、4個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61) 加4個(gè)傳函和一個(gè)積分來(lái)構(gòu)造祌經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6)，通過調(diào)整靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的各個(gè) 權(quán)系數(shù)使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6)實(shí)現(xiàn)復(fù)合被控對(duì)象(5)的廣義逆系統(tǒng)功能；(4) 將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6)串接在復(fù)合被控對(duì)象(5)之前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6) 與復(fù)合被控對(duì)象(5)合成為由三個(gè)一階子系統(tǒng)即兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈子系統(tǒng)和一個(gè)速度子系統(tǒng)與 一個(gè)二階子系統(tǒng)構(gòu)成的偽線性系統(tǒng)(7);(5) 在偽線性系統(tǒng)(7)基礎(chǔ)上分別作出兩個(gè)磁鏈控制器(81、 83)、 一個(gè)速度控制器 (82)和一個(gè)張力控制器(84)組成線性閉環(huán)控制器(8)，最終形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器(9)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆協(xié)調(diào)控制變頻器的構(gòu)造方法，其特 征在于步驟(3)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6)具有4個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)、4個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，其中靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的第一個(gè)輸入為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6)的第一個(gè)輸入，其經(jīng)第一個(gè)傳函的輸出 為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的第二個(gè)輸入；靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的第三個(gè)輸入為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義 逆(6)的第二個(gè)輸入，其經(jīng)第二個(gè)傳函的輸出為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的第四個(gè)輸入；靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的第五個(gè)輸入為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6)的第三個(gè)輸入，其經(jīng)第三個(gè)傳函的輸出為靜態(tài) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的第六個(gè)輸入；靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的第七個(gè)輸入為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6)的第四個(gè) 輸入，其經(jīng)第四個(gè)傳函的輸出為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的第八個(gè)輸入，所述靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的 第八個(gè)輸入再經(jīng)第一個(gè)積分為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的第九個(gè)輸入；靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)與四個(gè)傳 函和一個(gè)積分一道組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6)，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61 )的輸出就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆(6) 的輸出。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆協(xié)調(diào)控制變頻器的構(gòu)造方法，其特 征在于步驟(3)中，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的各個(gè)權(quán)系數(shù)的調(diào)整方法為將階躍激勵(lì)信號(hào)/二、 C和C^、 ^加到復(fù)合被控對(duì)象(5)的輸入端；采集l號(hào)感應(yīng)電機(jī)的速度c^與兩個(gè)定子相電流^、、和2號(hào)感應(yīng)電機(jī)的速度6^與兩個(gè)定子相電流^、 ^及張力F;根據(jù)fi^,G^ 與/。,、 /61和;。2、 Z;2，由兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器(1)獲得兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鏈^,和^」將兩個(gè)轉(zhuǎn) 子磁鏈^,、 ^2及速度A。
6^離線分別求其一階導(dǎo)數(shù)，張力信號(hào)離線求其一階、二階導(dǎo)數(shù)，并對(duì)信號(hào)做規(guī)范化處理，組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集(t， ^， "H， v>f2， ^2， #，戶,F， 4" d' C" C2};對(duì)靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)進(jìn)行訓(xùn)練，從而確定靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(61)的各個(gè)權(quán)系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩感應(yīng)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆協(xié)調(diào)控制變頻器及構(gòu)造方法，是由線性閉環(huán)控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆和復(fù)合被控對(duì)象連接構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆同步協(xié)調(diào)控制變頻器，復(fù)合被控對(duì)象是由磁鏈觀測(cè)器、被控的兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)與包括坐標(biāo)變換在內(nèi)的擴(kuò)展的流控逆變器及共同負(fù)載連接組成，將所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆置于復(fù)合被控對(duì)象之前組成偽線性系統(tǒng)，在偽線性系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)成線性閉環(huán)控制器，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)各臺(tái)感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈與速度之間的動(dòng)態(tài)解耦和兩感應(yīng)電機(jī)的速度與張力之間的解耦控制，獲得優(yōu)良的速度和張力調(diào)節(jié)性能，提高了對(duì)電機(jī)參數(shù)變化、負(fù)載擾動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延變化的魯棒性。
文檔編號(hào)G06N3/02GK101299581SQ20081001963
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月10日
發(fā)明者劉國(guó)海, 周華偉, 孫玉坤, 戴先中, 躍 沈, 陳兆嶺 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)