專利名稱：一種無(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于支持向量機(jī)左逆的無(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器構(gòu)造方法，為無(wú)軸承異步電機(jī)的無(wú)速度運(yùn)行提供了一種新控制策略，適用于無(wú)軸承異步電機(jī)的高性能控制，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)的高性能控制離不開(kāi)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，從而需要檢測(cè)轉(zhuǎn)子的速度，傳統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度采用機(jī)械式速度傳感器來(lái)檢測(cè)，存在安裝、連接和可靠性等問(wèn)題。對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)而言，使用機(jī)械式速度傳感器有更大局限性，因?yàn)閭鞲衅鞅旧碓跈C(jī)械上難以實(shí)現(xiàn)電機(jī)高速、超高速運(yùn)行，從而嚴(yán)重限制無(wú)軸承異步電機(jī)優(yōu)良高速性能的發(fā)揮。因此，無(wú)速度傳感器技術(shù)成為解決無(wú)軸承異步電機(jī)這一問(wèn)題的有效手段。對(duì)于無(wú)軸承異步電機(jī)的無(wú)速度傳感器運(yùn)行，目前才剛剛起步，主要有采用模型參考自適應(yīng)法策略對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器運(yùn)行進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子速度和定子電阻在線辨識(shí)，進(jìn)行了仿真研究；采用參數(shù)辨識(shí)方法配合灰色系統(tǒng)理論對(duì)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速進(jìn)行辨識(shí)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)軸承永磁電機(jī)無(wú)速度傳感器運(yùn)行。這些速度辨識(shí)方法都沒(méi)有考慮高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子偏心、磁飽和、溫升及負(fù)載變化等因素影響，并未真正實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速參數(shù)準(zhǔn)確在線辨識(shí)?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)的無(wú)速度傳感器方法利用靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)非線性函數(shù)的強(qiáng)大逼近能力，突破逆系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)或應(yīng)用中的瓶頸，但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身存在局部極點(diǎn)小、過(guò)學(xué)習(xí)、運(yùn)算量大等缺陷，限制了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆方法的進(jìn)一步應(yīng)用，也影響了其控制性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了能在全速范圍內(nèi)快速準(zhǔn)確檢測(cè)無(wú)軸承異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器運(yùn)行，提高無(wú)軸承異步電機(jī)工作性能，推廣無(wú)軸承異步電機(jī)的應(yīng)用而提供一種無(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器構(gòu)造方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)構(gòu)造內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)，無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)的輸入變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓和同步轉(zhuǎn)速W1，輸出變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電流isW和isii ;內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的輸入變量是待測(cè)轉(zhuǎn)速OJr,輸出變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓、定子電流、同步轉(zhuǎn)度W1以及定子電流的一階導(dǎo)數(shù)
IsldJ5I, ;2)建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)，無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左
逆系統(tǒng)的輸入為內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的7個(gè)輸出變量、輸出為待測(cè)轉(zhuǎn)速采用7個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)、I個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的支持向量機(jī)加2個(gè)微分器S構(gòu)成支持向量機(jī)逆,支持向量機(jī)逆的輸入分別為定子電壓 5 ,、，定子電流isW、和同步轉(zhuǎn)速，輸出為待測(cè)轉(zhuǎn)速ojr ;4)對(duì)支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，調(diào)整并確定支持向量機(jī)的向量系數(shù)和閾值以實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)；5)將支持向量機(jī)逆串接于無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)之后構(gòu)造成無(wú)速度傳感器。本發(fā)明的有益效果是
I.本發(fā)明給出了左逆系統(tǒng)與支持向量機(jī)相結(jié)合的方法，利用支持向量機(jī)對(duì)非線性函數(shù)的強(qiáng)大逼近能力，突破逆系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)或應(yīng)用中的瓶頸。采用的支持向量機(jī)是在工業(yè)工程中建立非線性模型的一個(gè)強(qiáng)有力工具，可以以任意精度逼近任意復(fù)雜的靜態(tài)非線性映射(函數(shù))，具有較強(qiáng)的泛化能力和自適應(yīng)能力，而且可以自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)未知或不確定的系統(tǒng)。2.無(wú)速度傳感器構(gòu)造方法中所需的輸入信號(hào)均為實(shí)際工程中容易獲得的本地直接可測(cè)量的變量，支持向量機(jī)逆本身可通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)。采用本發(fā)明無(wú)速度傳感器，省略了原系統(tǒng)的光電編碼器及其接口電路，不需要對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行其它任何改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)費(fèi)用低，安全可靠，易于工程實(shí)現(xiàn)。


以下結(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(shuō)明
圖I是由無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)11構(gòu)造內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的示意 圖2是由內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12與無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)2組成的檢測(cè)轉(zhuǎn)速的原理 圖3是支持向量機(jī)逆32的構(gòu)成 圖4是支持向量機(jī)逆32與無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)11串接關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖4，本發(fā)明首先基于無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)11的數(shù)學(xué)模型建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的數(shù)學(xué)模型，該內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的輸入量與輸出量之間滿足無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)11數(shù)學(xué)模型所確定的變量約束關(guān)系；接著建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的逆模型，即無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)2 ;再采用7個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)、I個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的支持向量機(jī)31和2個(gè)微分器S構(gòu)成具有5個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)、I個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的支持向量機(jī)逆32 ;并通過(guò)調(diào)整支持向量機(jī)31的向量系數(shù)和閾值，使支持向量機(jī)逆32實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)2的功能；最后將支持向量機(jī)逆32串接于無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)11之后構(gòu)造成無(wú)速度傳感器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。具體實(shí)施依次分為以下5步
I、建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的數(shù)學(xué)模型
參見(jiàn)圖I，無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)11的3個(gè)輸入變量是可測(cè)轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓和同步轉(zhuǎn)速W1，該定子電壓和同步轉(zhuǎn)速W1為直接可測(cè)變量；2個(gè)輸出變量是可測(cè)的轉(zhuǎn)矩繞組的定子電流/51,和/_。內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的I個(gè)輸入變量是轉(zhuǎn)速ωΓ，轉(zhuǎn)速Ojr是無(wú)軸承異步電機(jī)的待測(cè)轉(zhuǎn)速；7個(gè)輸出變量是可測(cè)轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓usld、uslq,
定子電流、同步轉(zhuǎn)度％以及可測(cè)變量定子電流的一階導(dǎo)數(shù)。對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)11構(gòu)造內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的數(shù)學(xué)模型，對(duì)采用電壓控制PWM逆變器供電的無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)11，在轉(zhuǎn)矩繞組轉(zhuǎn)子磁鏈定向的旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)矩繞組的數(shù)學(xué)模型為
權(quán)利要求
1.一種無(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器構(gòu)造方法，其特征是采用如下步驟 1)對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)(11)構(gòu)造內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)(12),無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)(11)的輸入變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓"sW、和同步轉(zhuǎn)速，輸出變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電流isl,和;內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)(12)的輸入變量是待測(cè)轉(zhuǎn)速7個(gè)輸出變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓"sW、、定子電流、同步轉(zhuǎn)度％以及定子電流的一階導(dǎo)數(shù)■ :lSld、; 2)建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)(12)的無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)(2)，無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)(2)的輸入為內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)(12)的所述7個(gè)輸出變量，輸出為待測(cè)轉(zhuǎn)速ojr ； 3)采用7個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)、I個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的支持向量機(jī)(31)加2個(gè)微分器S構(gòu)成支持向量機(jī)逆(32)，支持向量機(jī)逆(32)的輸入分別為所述轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓、定子電流Aw、和同步轉(zhuǎn)速，輸出為待測(cè)轉(zhuǎn)速ojr ； 4)對(duì)支持向量機(jī)(31)進(jìn)行訓(xùn)練，調(diào)整并確定支持向量機(jī)(31)的向量系數(shù)和閾值，以實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)(2)； 5)將支持向量機(jī)逆(32)串接于無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)(11)之后構(gòu)造成無(wú)速度傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種無(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器構(gòu)造方法，其特征是步驟3)中支持向量機(jī)(31)的第一、第二、第三個(gè)輸入分別是支持向量機(jī)逆(32)的第一、第二、第三個(gè)輸入；支持向量機(jī)(31)的第三個(gè)輸入經(jīng)一微分器S的輸出為支持向量機(jī)(31)的第四個(gè)輸入，支持向量機(jī)(31)的第五個(gè)輸入是支持向量機(jī)逆(32)的第四個(gè)輸入，支持向量機(jī)(31)的第五個(gè)輸入經(jīng)另一微分器S的輸出為支持向量機(jī)(31)的第六個(gè)輸入，支持向量機(jī)(31)的第七個(gè)輸入是支持向量機(jī)逆(32)的第五個(gè)輸入；支持向量機(jī)(31)的輸出是支持向量機(jī)逆(32)的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種無(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器構(gòu)造方法，其特征是步驟4)中支持向量機(jī)(31)的向量系數(shù)和閾值的確定方法為先將轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓 slg、定子電流islg和同步轉(zhuǎn)速l^1信號(hào)加在無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)(11)的輸入端，采集待測(cè)轉(zhuǎn)速Ojr ;再將定子電流isW、isl 離線分別求其一階導(dǎo)數(shù)，組成支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本集；并選取高斯核函數(shù)作為支持向量機(jī)(31)的核函數(shù),設(shè)定正則化參數(shù)為800,核寬度為I.62，對(duì)支持向量機(jī)(31)進(jìn)行訓(xùn)練，從而確定支持向量機(jī)(31)的向量系數(shù)和閾值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器構(gòu)造方法，先對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)構(gòu)造內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)，再建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)，然后采用支持向量機(jī)加2個(gè)微分器S構(gòu)成支持向量機(jī)逆，對(duì)支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，調(diào)整并確定支持向量機(jī)的各個(gè)權(quán)系數(shù)以實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)；最后將支持向量機(jī)逆串接于無(wú)軸承異步電機(jī)原系統(tǒng)之后構(gòu)造成無(wú)速度傳感器；基于支持向量機(jī)左逆的無(wú)軸承異步電機(jī)無(wú)速度傳感器控制策略，省略了原控制系統(tǒng)的機(jī)械式速度傳感器及其接口電路，從而降低了控制系統(tǒng)的成本，而且在全速范圍內(nèi)能快速準(zhǔn)確地進(jìn)行轉(zhuǎn)速辨識(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性、容錯(cuò)性和魯棒性。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102629848SQ201210124559
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者孫曉東, 張新華, 李可, 楊澤斌, 黃振躍 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)