專利名稱：一種無軸承異步電機徑向位置魯棒控制器的構造方法
技術領域：
本發(fā)明是一種無軸承異步電機徑向位置支持向量機廣義逆內?？刂破鞯臉嬙旆椒ǎ瑢儆诟咚匐姎鈧鲃宇I域，為實現(xiàn)無軸承異步電機的高性能控制提高了有益條件，適用高速高精的機床直驅主軸、離心泵、機電電池等。
背景技術：
無軸承異步電機可以滿足現(xiàn)代軍事、工業(yè)等領域對高速/超高速、無摩擦磨損、無需潤滑、免維護的高性能特種傳動系統(tǒng)的要求，是一種同時具備異步電機和磁軸承優(yōu)點的·新型特種磁懸浮電機，具有十分廣闊的應用前景。PID控制器是一種非常成熟的控制算法，在實際工業(yè)的電機驅動控制中應用十分廣泛。當被控對象的結構、參數(shù)均為已知的場合，可以通過調整PID控制參數(shù)，即可獲得比較理想的控制效果。但這種算法是基于電機各種狀態(tài)的估計采用線性模型的時候，而無軸承異步電機是一個多輸入多輸出的非線性耦合系統(tǒng)，所以采用常規(guī)的PID控制算法將無法達到比較理想的控制效果。對于無軸承異步電機，實現(xiàn)轉子的穩(wěn)定懸浮是其正常工作的首要條件，因此有必要尋求新的控制理論、新的控制方法對無軸承異步電機徑向位置進行有效的控制，實現(xiàn)無軸承異步電機在不同徑向位置下徑向力的非線性動態(tài)解耦控制，從而實現(xiàn)其高性能懸浮運行。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有無軸承異步電機控制方法的不足，提供一種無軸承異步電機徑向位置支持向量機廣義逆解耦控制器的構造方法，所構造的魯棒控制器可以實現(xiàn)無軸承異步電機徑向力在不同徑向位置下的非線性解耦控制，使系統(tǒng)具有優(yōu)良的靜、動態(tài)性能。本發(fā)明無軸承異步電機徑向位置魯棒控制器的構造方法采用的技術方案是依次按以下步驟1)由Park逆變換、Clark逆變換、電流跟蹤型逆變器與被控的無軸承異步電機徑向位置系統(tǒng)依次串接后作為一個整體構成復合被控對象；2)采用具有6個輸入節(jié)點、2個輸出節(jié)點的支持向量機加4個線性環(huán)節(jié)構造具有2個輸入節(jié)點、2個輸出節(jié)點的支持向量機廣義逆，支持向量機廣義逆的第一個輸入
一作為支持向量機的第一個輸入，其經二階系統(tǒng)~2 , 5 , 的輸出為.，為支持向量機
h+ ^+ X
的第二個輸入，再經一個積分器為X為支持向量機的第三個輸入；支持向量機廣義逆
的第二個輸入I作為支持向量機的第四個輸入，其經二階系統(tǒng)^ τ_____g_____________________________7一一的輸出為.
，為支持向量機的第五個輸入，再經一個積分器為，為支持向量機的第六個輸入，支持向量機的輸出是支持向量機廣義逆的輸出；3)調整支持向量機的向量系數(shù)和閾值，由支持向量機廣義逆與復合被控對象串聯(lián)構成廣義偽線性系統(tǒng)，偽線性系統(tǒng)被線性化解耦為2個單輸入單輸出二階位移線性子系統(tǒng)；對2個二階位移線性子系統(tǒng)分別引入2個并聯(lián)的兩個位移內?？刂破鳂嬙靸饶？刂破?，第一個位移內?？刂破饔傻谝粋€位移內部模型和第一個位移控制器組成，第二個位移內?？刂破饔傻诙€位移內部模型和第二個位移控制器組成；將內?？刂破髋c支持向量機廣義逆相結合組成支持向量機廣義逆內?？刂破?。本發(fā)明的有益效果是
I、通過構造支持向量機廣義逆，將無軸承異步電機徑向位置系統(tǒng)這一多輸入多輸出的非線性時變耦合系統(tǒng)線性化解耦為2個單輸入單輸出線性子系統(tǒng)，從而將復雜的非線性控制問題轉化為簡單的線性控制問題。2、利用支持向量機的回歸能力逼近無軸承異步電機徑向位置系統(tǒng)的逆模型，不需要知道原系統(tǒng)及逆系統(tǒng)的精確數(shù)學模型，克服了傳統(tǒng)解析逆方法的逆模型難以求取的棘手問題，并且以結構風險最小化為學習規(guī)則的支持向量機能很好地克服以經驗風險最小化為學習規(guī)則的神經網(wǎng)絡的不足。3、采用支持向量機廣義逆與復合被控對象構成的廣義偽線性系統(tǒng)，不但實現(xiàn)了復合被控對象的線性化解耦，而且通過合理調節(jié)線性環(huán)節(jié)參數(shù)，可以使偽線性系統(tǒng)的極點在復平面內合理地配置，獲得理想的開環(huán)頻率特性，實現(xiàn)系統(tǒng)的大范圍線性化，解耦和降階，在此基礎上，引入內模控制，設計系統(tǒng)的魯棒控制器，具有設計簡單、控制參數(shù)調節(jié)方便、控制性能優(yōu)良等特點。
圖I是復合被控對象15的組成 圖2是由6個輸入節(jié)點、2個輸出節(jié)點的支持向量機21和4個線性環(huán)節(jié)構成的支持向量機廣義逆22的結構示意圖。圖3是支持向量機廣義逆22與復合被控對象15復合構成的廣義偽線性系統(tǒng)3的不意圖及其等效 圖4是支持向量機廣義逆內模控制器5的構成原理框圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施方案是首先基于無軸承異步電機本體，由Park逆變換IUClark逆變換12、電流跟蹤型逆變器13與被控的無軸承異步電機徑向位置系統(tǒng)14作為一個整體構成復合被控對象15，該復合被控對象15等效為兩相旋轉坐標系下的4階微分方程模型，系統(tǒng)向量的相對階為{2，2}。其次，采用由6個輸入節(jié)點、2個輸出節(jié)點的支持向量機21和4個線性環(huán)節(jié)構成具有2個輸入節(jié)點、2個輸出節(jié)點的復合被控對象15的支持向量機廣義逆22。將支持向量機廣義逆22串聯(lián)于復合被控對象15之前組成廣義偽線性系統(tǒng)3，廣義偽線性系統(tǒng)3等效為2個二階位移線性子系統(tǒng)31、32，通過合理地調節(jié)廣義逆系統(tǒng)的參數(shù)aiQ、an,al2,a20,a2l和a22，可以使線性化解耦后的線性子系統(tǒng)的極點在復平面內合理配置，實現(xiàn)將積分型不穩(wěn)定的子系統(tǒng)轉變?yōu)榉€(wěn)定的子系統(tǒng)，從而使非線性系統(tǒng)的開環(huán)線性化控制成為可能。為了進一步提高系統(tǒng)的魯棒性，對2個二階位移線性子系統(tǒng)31、32分別引入2個位移內?？刂破?1、42構造內?？刂破?，合理設計內?？刂破?，與支持向量機廣義逆22相結合組成支持向量機廣義逆內?？刂破?，控制復合被控對象15，實現(xiàn)對無軸承異步電機徑向位置的高精度魯棒控制，使系統(tǒng)能克服未建模動態(tài)的干擾，并具有優(yōu)良的動、靜態(tài)控制性能。具體實施分以下7步
I、形成復合被控對象15。將Park逆變換11、Clark逆變換12、電流跟蹤型逆變器13與被控的無軸承異步電機徑向位置系統(tǒng)14依次串接，由Park逆變換IUClark逆變換12、電流跟蹤型逆變器13與被控的無軸承異步電機徑向位置系統(tǒng)14組成復合被控對象15，如
圖I所示。該復合被控對象15以
權利要求
1.一種無軸承異步電機徑向位置魯棒控制器的構造方法，其特征是依次按以下步驟 1)由Park逆變換(11)、Clark逆變換(12)、電流跟蹤型逆變器(13)與被控的無軸承異步電機徑向位置系統(tǒng)(14)依次串接后作為一個整體構成復合被控對象(15)；2)采用具有6個輸入節(jié)點、2個輸出節(jié)點的支持向量機(21)加4個線性環(huán)節(jié)構造具有2個輸入節(jié)點、2個輸出節(jié)點的支持向量機廣義逆(22 )，支持向量機廣義逆(22 )的第一個輸入_作為支持向量機(21)的第一個輸入，其經二階系統(tǒng)
2.根據(jù)權利要求I所述的構造方法，其特征在于步驟3)中，所述支持向量機(21)的向量系數(shù)和閾值的確定方法是將階躍激勵信號( , 加到復合被控對象(15)的輸入端，采集無軸承異步電機徑向位置的轉子徑向位移H，將轉子徑向位移離線分別求其一階、二階導數(shù)，求出'=+%*1和％,并對信號做規(guī)范化處理，組成支持向量機(21)的訓練樣本集丨；f，X , V1 , y , y , v2 , id , ^ )■，選取高斯核函數(shù)作為支持向量機(21)的核函數(shù),選取核寬度與正則化參數(shù)對支持向量機(21)進行訓練確定向量系數(shù)和閾值，其中，<31(|、<311、<312、<32(|、<321和a22為廣義逆系統(tǒng)的參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無軸承異步電機徑向位置的支持向量機廣義逆內?？刂破鞯臉嬙旆椒?，是由Park逆變換、Clark逆變換、電流跟蹤型逆變器和被控的無軸承異步電機徑向位置系統(tǒng)作為一個整體構成復合被控對象；采用支持向量機加4個線性環(huán)節(jié)來構造復合被控對象的支持向量機廣義逆；再將支持向量機廣義逆置于復合被控對象之前組成廣義偽線性系統(tǒng)；廣義偽線性系統(tǒng)被線性化解耦為兩個單輸入單輸出的二階位移線性子系統(tǒng)，然后針對兩個二階線性子系統(tǒng)引入內?？刂品椒嬙靸饶？刂破?，最后將內模控制器和支持向量機廣義逆共同構成無軸承異步電機徑向位置的支持向量機廣義逆內?？刂破鳎哂性O計簡單、控制參數(shù)調節(jié)方便、控制性能優(yōu)良等特點。
文檔編號H02P21/00GK102790581SQ20121027597
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月6日 優(yōu)先權日2012年8月6日
發(fā)明者孫曉東, 李可, 楊澤斌, 江浩斌, 陳龍 申請人:江蘇大學