專利名稱：一種無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈的軟測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力傳動(dòng)與信息科學(xué)交叉領(lǐng)域，是一種基于加權(quán)最小二乘支持向量機(jī) (Weighted Least Square Support Vector Machine, WLS-SVM) 車由7 * 同&電豐幾石茲 鏈的軟測(cè)量方法，為實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力實(shí)時(shí)在線控制創(chuàng)造了條 件，適用于無(wú)軸承永磁同步電機(jī)的高性能控制。
背景技術(shù)：
無(wú)軸承永磁同步電機(jī)不僅具有永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)體積小、重量輕、效率高、功 率因數(shù)高、控制特性好等優(yōu)點(diǎn)，而且具有磁軸承無(wú)摩擦、無(wú)磨損、不需潤(rùn)滑、高轉(zhuǎn)速和高精度 等優(yōu)點(diǎn)，從而使其在航空航天、生物醫(yī)藥、半導(dǎo)體制造等特殊領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。無(wú)軸承永磁同步電機(jī)是在傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)(永磁體激勵(lì)的磁場(chǎng)與 轉(zhuǎn)矩繞組激勵(lì)的磁場(chǎng)，這兩部分磁場(chǎng)合稱為“轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁場(chǎng)”)的基礎(chǔ)上，由電機(jī)定子中 的懸浮力繞組激勵(lì)懸浮力繞組氣隙磁場(chǎng)，這兩部分磁場(chǎng)相互疊加，所以電機(jī)氣隙磁場(chǎng)空間 分布非常復(fù)雜，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)中的磁場(chǎng)分布作周期性變化，在運(yùn)行中，隨著負(fù)載和轉(zhuǎn)速 的不同，磁通、電流、轉(zhuǎn)矩、徑向位移各量均呈現(xiàn)出不同的變化波形。繞組的電感和磁鏈均是 轉(zhuǎn)子位置角、徑向位移和各繞組電流的非線性函數(shù)。實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承永磁同步電機(jī)正常懸浮運(yùn) 行的基礎(chǔ)是需要對(duì)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子徑向懸浮力進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，而轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力都是根據(jù)電 磁理論虛位移法，對(duì)繞組磁能求偏導(dǎo)而來(lái)，而磁能又是通過(guò)磁鏈與繞組的電感矩陣求得。因 此，求得磁鏈的非線性關(guān)聯(lián)模型是對(duì)無(wú)軸承永磁同步電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線控制的基礎(chǔ)。目前已有很多文獻(xiàn)提出了磁鏈的測(cè)量方法基于探測(cè)線圈的直接測(cè)量法、基于定 子電壓磁鏈模型法、新型的磁鏈積分法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法等。直接測(cè)量法受噪聲干擾和電 機(jī)參數(shù)誤差影響很大；基于定子電壓磁鏈模型法用積分的方式實(shí)現(xiàn)，由于該方法利用純積 分運(yùn)算來(lái)計(jì)算磁鏈，因此即使觀測(cè)模型的參數(shù)完全準(zhǔn)確，電壓、電流信號(hào)中微小的直流偏差 仍會(huì)產(chǎn)生較大的累計(jì)誤差而導(dǎo)致積分結(jié)果偏移甚至飽和從而影響觀測(cè)精度；新型的磁鏈積 分法是在一階低通濾波器的基礎(chǔ)上將輸出的磁鏈引回作反饋，建立一種純積分和低通濾波 環(huán)節(jié)之間的算法，控制效果顯著但算法比較復(fù)雜，而且低通濾波器的引入使磁鏈的幅值和 相位都發(fā)生了變化，在低速范圍時(shí)的影響更為嚴(yán)重；擴(kuò)展卡爾曼濾波法運(yùn)用最小方差最優(yōu) 預(yù)測(cè)估計(jì)法削弱隨機(jī)干擾和測(cè)量噪聲，在一定程度上提高了低速時(shí)的控制精度，但算法復(fù) 雜，參數(shù)配置缺乏一定的標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)算量很大。近年來(lái)軟測(cè)量技術(shù)在工業(yè)中獲得了大量成功的應(yīng)用，解決了許多不可測(cè)關(guān)鍵控制 指標(biāo)的測(cè)量問(wèn)題。軟測(cè)量技術(shù)是通過(guò)可測(cè)的輔助變量建立關(guān)于不可測(cè)(或難以測(cè)量)的主 導(dǎo)變量的模型，從而在線估計(jì)出實(shí)時(shí)連續(xù)的質(zhì)量指標(biāo)估計(jì)值。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前無(wú)軸承永磁同步電機(jī)中磁鏈的高度非線性以及難測(cè)量等特征，為了解決 無(wú)軸承永磁同步電機(jī)穩(wěn)定懸浮運(yùn)行中非常重要但是難以直接用物理傳感器在線實(shí)時(shí)測(cè)量或?qū)崟r(shí)測(cè)量代價(jià)非常高的磁鏈變量測(cè)量方法之不足而提供一種基于加權(quán)最小二乘支持向 量機(jī)的無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈的軟測(cè)量方法，無(wú)需對(duì)無(wú)軸承永磁同步電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行任何 改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)磁鏈的實(shí)時(shí)、在線、精確的預(yù)測(cè)控制。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是依次采用如下步驟1)選取無(wú)軸承永磁 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角X i、轉(zhuǎn)矩繞組電流X2、懸浮力繞組電流X 3、轉(zhuǎn)子偏心位 移X4作為無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈軟測(cè)量模型的4個(gè)輸入變量，輸出變量為磁 鏈_7;2)采集有代表性的輸入變量和輸出變量樣本數(shù)據(jù)，對(duì)輸出變量和輸入變量 均進(jìn)行歸一化預(yù)處理，對(duì)歸一化后的相應(yīng)值Csx1, sx2，i3，sx4，形成建模樣 本集；3)對(duì)建模樣本集進(jìn)行殘差分析，得到各個(gè)樣本權(quán)值基于樣本權(quán)值訓(xùn)練建 模樣本集，利用加權(quán)最小二乘支持向量機(jī)建立無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈關(guān)聯(lián)模型
權(quán)利要求
1.一種無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈的軟測(cè)量方法，其特征在于依次采用如下步驟1)選取無(wú)軸承永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角X1、轉(zhuǎn)矩繞組電流X2、懸浮力繞組電流X3、轉(zhuǎn) 子偏心位移&作為無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈軟測(cè)量模型的4個(gè)輸入變量，輸出變量為磁鏈Jr ；2 )采集有代表性的輸入變量和輸出變量樣本數(shù)據(jù)，對(duì)輸出變量和輸入變量均進(jìn)行歸一 化預(yù)處理，對(duì)歸一化后的相應(yīng)值D^p^yiyiy^]形成建模樣本集；3)對(duì)建模樣本集進(jìn)行殘差分析，得到各個(gè)樣本權(quán)值基于樣本權(quán)值訓(xùn)練建模 樣本集，利用加權(quán)最小二乘支持向量機(jī)建立無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈關(guān)聯(lián)模型
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈的軟測(cè)量方法，其特征在于步驟3)的樣本權(quán)值Wj通過(guò)式
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于加權(quán)最小二乘支持向量機(jī)的無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈的軟測(cè)量方法，先選取無(wú)軸承永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角、轉(zhuǎn)矩繞組電流、懸浮力繞組電流、轉(zhuǎn)子偏心位移作為無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈軟測(cè)量模型的4個(gè)輸入變量，輸出變量為磁鏈y(cè)；采集有代表性的輸入變量和輸出變量樣本數(shù)據(jù)，對(duì)輸出變量和輸入變量均進(jìn)行歸一化預(yù)處理，對(duì)歸一化后的相應(yīng)值形成建模樣本集；再對(duì)建模樣本集進(jìn)行殘差分析，得到各個(gè)樣本權(quán)值訓(xùn)練建模樣本集，利用加權(quán)最小二乘支持向量機(jī)建立無(wú)軸承永磁同步電機(jī)磁鏈關(guān)聯(lián)模型，最后對(duì)sy值進(jìn)行反歸一化處理后即可得到磁鏈y(cè)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)軸承永磁同步電機(jī)的磁鏈值在線實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)控制。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102075136SQ20111000388
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者孫曉東, 張婷婷, 張濤, 朱熀秋, 楊澤斌 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)