專利名稱：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)及其構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)及其構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進了電氣傳動的技術(shù)革命。交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計算機數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢。交流電機變頻調(diào)速是當今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動性能等諸多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。目前，市場上銷售的高壓變頻器大多采用傳統(tǒng)控制方法，但是，這樣的控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降、穩(wěn)定性變差等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量處理單元組成的非線性大規(guī)模自適應(yīng)動力系統(tǒng)，具有學習能力、記憶能力、計算能力及智能處理功能，并在不同程度上模仿人腦神經(jīng)系統(tǒng)的信息處理、存儲及檢索功能，因此成為目前非?；钴S的一個研究領(lǐng)域?；诖?，本發(fā)明通過將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運用于高壓變頻器控制中以實現(xiàn)高壓變頻器的智能控制，從而解決上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)及該控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法以實現(xiàn)對高壓變頻器負載的自動調(diào)控，其控制精度高、魯棒性強。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)包括電源模塊、變頻模塊、電動機、檢測模塊及控制模塊，所述電源模塊與所述變頻模塊相連而為所述變頻模塊提供固定電源，所述變頻模塊與所述電動機相連而對所述電動機提供變頻電源，所述控制模塊包括操作顯示電路、主控電路及基極驅(qū)動電路，所述操作顯示電路與所述主控電路相連以供用戶操控所述主控電路，所述主控電路通過所述檢測模塊與所述變頻模塊和所述電動機相連以檢測所述變頻模塊和所述電動機的反饋信號，所述主控電路包括PID控制器及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)所述反饋信號調(diào)整所述PID控制器的輸出，所述PID控制器的輸出與所述基極驅(qū)動電路相連以實現(xiàn)對所述變頻模塊進行智能的恒壓頻比控制或電流控制。在本發(fā)明一較佳實施例中，所述變頻模塊包括相連的整流電路和逆變電路較佳地，所述檢測模塊包括電壓檢測器、電流檢測器、速度檢測器及檢測電路，所述檢測電路連接到所述主控電路并通過所述電壓檢測器和電流檢測器與所述逆變電路相連，且通過所述速度檢測器與所述電動機相連，相應(yīng)地，所述反饋信號包括電壓反饋信號、電流反饋信號及速度反饋信號。較佳地，所述控制模塊還包括保護電路，所述保護電路同時與所述主控電路、檢測電路及操作顯示電路相連。較佳地，所述PID控制器包括三個可調(diào)輸入?yún)?shù)，所述三個可調(diào)輸入?yún)?shù)分別為Kp、Ki和Kd，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層及輸出層，所述輸入層包括四個輸入節(jié)點，所述隱含層包括五個隱含節(jié)點，所述輸出層包括三個輸出節(jié)點，所述四個輸入節(jié)點的輸入值分別為輸入給定值、被控對象輸出值、偏差值及網(wǎng)絡(luò)修正值，所述三個輸出節(jié)點的輸出分別對應(yīng)于所述三個可調(diào)輸入?yún)?shù)1、Ki和Kd。相應(yīng)地，本發(fā)明所提供的基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法包括以下步驟:(a)將電源模塊與變頻模塊相連而為所述變頻模塊提供固定電源；將所述變頻模塊與電動機相連而為所述電動機提供變頻電源；(b)將PID控制器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相連以形成主控電路；(c)將所述主控電路與操作顯示電路和基極驅(qū)動電路相連以形成控制模塊；(d)通過檢測模塊將所述控制模塊與所述變頻模塊和電動機相連以檢測所述變頻模塊和所述電動機的反饋信號，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)所述反饋信號調(diào)整所述PID控制器的輸出，所述PID控制器的輸出與所述基極驅(qū)動電路相連以實現(xiàn)對所述變頻模塊進行智能的恒壓頻比控制或電流控制。較佳地，在所述步驟(a)中，提供相連的整流電路和逆變電路組成所述變頻模塊。較佳地，在所述步驟(d)中，提供電壓檢測器、電流檢測器、速度檢測器及檢測電路組成所述檢測模塊，將所述檢測電路連接到所述主控電路并通過所述電壓檢測器和電流檢測器與所述逆變電路相連，且通過所述速度檢測器與所述電動機相連。較佳地，在所述步驟(d)中，還提供保護電路同時與所述主控電路、檢測電路及操作顯示電路相連。較佳地，所述PID控制器包括三個可調(diào)輸入?yún)?shù)，所述三個可調(diào)輸入?yún)?shù)分別為Kp、Ki和Kd，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層及輸出層，所述輸入層包括四個輸入節(jié)點，所述隱含層包括五個隱含節(jié)點，所述輸出層包括三個輸出節(jié)點，所述四個輸入節(jié)點的輸入值分別為輸入給定值、被控對象輸出值、偏差值及網(wǎng)絡(luò)修正值，所述三個輸出節(jié)點的輸出分別對應(yīng)于所述三個可調(diào)輸入?yún)?shù)1、Ki和Kd。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)置了檢測模塊和控制模塊，其中控制模塊采用PID控制器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相互配合來實現(xiàn)對變頻模塊的智能調(diào)控，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學習和自適應(yīng)等智能特點而實現(xiàn)對復(fù)雜非線性系統(tǒng)的良好控制，從而確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。通過以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明的實施例。


圖1為本發(fā)明基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)一實施例的原理框圖。
圖2為圖1所示基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)的另一原理框圖。圖3為圖1所示基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)中PID控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制原理框圖。圖4為圖1所述基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖1所示基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)中PID控制器的正弦響應(yīng)曲線。圖6為圖1所述基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)中PID控制器參數(shù)調(diào)整曲線。圖中各附圖標記說明如下:基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)10電源模塊11變頻模塊12整流電路121逆變電路122電動機13檢測模塊14電壓檢測器141電流檢測器142速度檢測器143檢測電路144控制模塊15操作顯示電路151主控電路 152`PID控制器 152a神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 152b 基極驅(qū)動電路 153保護電路 15具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，附圖中類似的組件標號代表類似的組件。顯然，以下將描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。首先請參照圖1，本實施例所提供的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)10包括電源模塊11、變頻模塊12、電動機13、檢測模塊14及控制模塊15。所述電源模塊11與所述變頻模塊12相連而為所述變頻模塊12提供固定電源，在本實施例中，所述電源模塊11采用三相電源。所述變頻模塊12與所述電動機13相連而對所述電動機13提供變頻電源，所述控制模塊15通過所述檢測模塊14與所述變頻模塊12和所述電動機13相連以檢測所述變頻模塊12和所述電動機13的反饋信號進而實現(xiàn)對所述變頻模塊13進行自適應(yīng)調(diào)控。參照圖2和圖3，在本較佳實施例中，所述變頻模塊12包括整流電路121和逆變電路122，所述檢測模塊14包括電壓檢測器141、電流檢測器142、速度檢測器143及檢測電路144，而所述控制模塊15包括操作顯示電路151、主控電路152、基極驅(qū)動電路153及保護電路154。具體地，所述整流電路121與所述電源模塊11相連以對所述電源模塊11的輸入電流進行整流，所述逆變電路122連接于所述整理電路121和所述電動機13之間，所述檢測電路144連接到所述主控電路152并通過所述電壓檢測器141和電流檢測器142與所述逆變電路122相連，且通過所述速度檢測器143與所述電動機13相連，所述操作顯示電路151與所述主控電路152相連以供用戶操控所述主控電路152，所述保護電路154同時與所述主控電路152、檢測電路144及操作顯示電路151相連以對相應(yīng)的電路模塊實現(xiàn)電路保護。為了實現(xiàn)智能化調(diào)控，所述主控電路152包括PID控制器152a及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)152b，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)152b根據(jù)所述反饋信號調(diào)整所述PID控制器152a的輸出，所述PID控制器152a的輸出與所述基極驅(qū)動電路153相連以實現(xiàn)對所述變頻模塊122進行智能的恒壓頻比控制或電流控制。具體地，所述PID控制器152a包括三個可調(diào)輸入?yún)?shù)，所述三個可調(diào)輸入?yún)?shù)分別為KpKi和Kd，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)152b的輸出狀態(tài)對應(yīng)于所述PID控制器152a的三個可調(diào)輸入?yún)?shù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)152b的自學習、加權(quán)系數(shù)調(diào)整來控制模塊15的輸出以達到變頻模塊122 (變頻器)的自適應(yīng)控制。參照圖4，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)152b包括輸入層、隱含層及輸出層，所述輸入層包括四個輸入節(jié)點，所述隱含層包括五個隱含節(jié)點，所述輸出層包括三個輸出節(jié)點。所述輸入層的輸入為:Of = x(j) O = 1,2,3,4)其中，X⑴、x(2)和x(3)三個輸入分別為圖3中的輸入給定值(Rin)、被控對象(變頻模塊)輸出值(Ywt)和偏差值(E)，而x(4)為網(wǎng)絡(luò)修正值，一般設(shè)定為I。隱含層的輸入輸出為:
權(quán)利要求
1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括電源模塊、變頻模塊、電動機、檢測模塊及控制模塊，所述電源模塊與所述變頻模塊相連而為所述變頻模塊提供固定電源，所述變頻模塊與所述電動機相連而對所述電動機提供變頻電源，其特征在于:所述控制模塊包括操作顯示電路、主控電路及基極驅(qū)動電路，所述操作顯示電路與所述主控電路相連以供用戶操控所述主控電路，所述主控電路通過所述檢測模塊與所述變頻模塊和所述電動機相連以檢測所述變頻模塊和所述電動機的反饋信號，所述主控電路包括PID控制器及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)所述反饋信號調(diào)整所述PID控制器的輸出，所述PID控制器的輸出與所述基極驅(qū)動電路相連以實現(xiàn)對所述變頻模塊進行智能的恒壓頻比控制或電流控制。
2.如權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述變頻模塊包括相連的整流電路和逆變電路。
3.如權(quán)利要求2所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述檢測模塊包括電壓檢測器、電流檢測器、速度檢測器及檢測電路，所述檢測電路連接到所述主控電路并通過所述電壓檢測器和電流檢測器與所述逆變電路相連，且通過所述速度檢測器與所述電動機相連，相應(yīng)地，所述反饋信號包括電壓反饋信號、電流反饋信號及速度反饋信號。
4.如權(quán)利要求3所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制模塊還包括保護電路，所述保護電路同時與所述主控電路、檢測電路及操作顯示電路相連。
5.如權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PID控制器包括三個可調(diào)輸入?yún)?shù)，所述三個可調(diào)輸入?yún)?shù)分別為Kp、Ki和Kd，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層及輸出層，所述輸入層包括四個輸入節(jié)點，所述隱含層包括五個隱含節(jié)點，所述輸出層包括三個輸出節(jié)點，所述四個輸入節(jié)點的輸入值分別為輸入給定值、被控對象輸出值、偏差值及網(wǎng)絡(luò)修正值，所述三個輸出節(jié)點的輸出分別對應(yīng)于所述三個可調(diào)輸入?yún)?shù)1、1^和Kd。
6.一種基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征在于包括以下步驟: (a)將電源模塊與變頻模塊相連而為所述變頻模塊提供固定電源；將所述變頻模塊與電動機相連而為所述電動機提供變頻電源； (b)將PID控制器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相連以形成主控電路； (c)將所述主控電路與操作顯示電路和基極驅(qū)動電路相連以形成控制模塊； (d)通過檢測模塊將所述控制模塊與所述變頻模塊和電動機相連以檢測所述變頻模塊和所述電動機的反饋信號，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)所述反饋信號調(diào)整所述PID控制器的輸出，所述PID控制器的輸出與所述基極驅(qū)動電路相連以實現(xiàn)對所述變頻模塊進行智能的恒壓頻比控制或電流控制。
7.如權(quán)利要求6所述的基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征在于:在所述步驟(a)中，提供相連的整流電路和逆變電路組成所述變頻模塊。
8.如權(quán)利要求7所述的基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征在于:在所述步驟(d)中，提供電壓檢測器、電流檢測器、速度檢測器及檢測電路組成所述檢測模塊，將所述檢測電路連接到所述主控電路并通過所述電壓檢測器和電流檢測器與所述逆變電路相連，且通過所述速度檢測器與所述電動機相連。
9.如權(quán)利要求8所述的基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征在于:在所述步驟(d)中，還提供保護電路同時與所述主控電路、檢測電路及操作顯示電路相連。
10.如權(quán)利要求6所述的基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征在于:所述PID控制器包括三個可調(diào)輸入?yún)?shù)，所述三個可調(diào)輸入?yún)?shù)分別為Kp、Ki和Kd，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層及輸出層，所述輸入層包括四個輸入節(jié)點，所述隱含層包括五個隱含節(jié)點，所述輸出層包括三個輸出節(jié)點，所述四個輸入節(jié)點的輸入值分別為輸入給定值、被控對象輸出值、偏差值及網(wǎng)絡(luò)修正值，所述三個輸出節(jié)點的輸出分別對應(yīng)于所述三個可調(diào)輸入 參數(shù)Kp、Ki和Kd。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓變頻器自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其包括電源模塊、變頻模塊、電動機、檢測模塊及控制模塊，變頻模塊連接于電源模塊與電動機之間，控制模塊包括操作顯示電路、主控電路及基極驅(qū)動電路，其中，操作顯示電路與主控電路相連以供用戶操控，主控電路通過檢測模塊與變頻模塊和電動機相連以檢測變頻模塊和電動機的反饋信號，主控電路包括PID控制器及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)反饋信號調(diào)整PID控制器的輸出以實現(xiàn)對變頻模塊進行智能的恒壓頻比控制或電流控制。本發(fā)明利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學習和自適應(yīng)等智能特點以實現(xiàn)對復(fù)雜非線性系統(tǒng)的良好控制，從而確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。同時，本發(fā)明還公開了該控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法。
文檔編號H02P27/04GK103107710SQ20111035976
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者陳鵬程 申請人:深圳市安邦信電子有限公司