一種永磁同步直線電機(jī)牛頓法內(nèi)模速度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種永磁同步直線電機(jī)牛頓法內(nèi)模速度控制方法。包括核嶺回歸內(nèi)模和牛頓法的控制器；所述核嶺回歸內(nèi)模為基于核嶺回歸方法所構(gòu)建的高精度的直線電機(jī)非線性模型；牛頓法的控制器是通過牛頓迭代法求解核嶺回歸內(nèi)模的逆作為控制器，將核嶺回歸內(nèi)模的輸出與電機(jī)實(shí)際速度作差，再經(jīng)濾波器反饋到牛頓法控制器的輸入所構(gòu)成牛頓法的內(nèi)模控制方法，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步直線電機(jī)速度控制。本發(fā)明有如下兩個(gè)特點(diǎn)：第一，利用核嶺回歸方法來構(gòu)建永磁同步直線電機(jī)的內(nèi)模；第二，利用牛頓迭代法求取核嶺回歸內(nèi)模的逆作為控制器；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了永磁同步直線電機(jī)內(nèi)模速度控制系統(tǒng)的高跟蹤精度，同時(shí)具有很強(qiáng)的魯棒性和抗干擾能力。
【專利說明】一種永磁同步直線電機(jī)牛頓法內(nèi)模速度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種永磁同步直線電機(jī)牛頓法內(nèi)模速度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁同步直線電機(jī)是一種能將電能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、高精度、高速度和低維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。正是由于缺少了中間緩沖環(huán)節(jié)，推力波動(dòng)、摩擦力等干擾直接作用于永磁同步直線電機(jī)，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，它對(duì)負(fù)載擾動(dòng)、電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)變化更為敏感，對(duì)干擾的抑制質(zhì)量要求更高，非線性程度也更強(qiáng)。
[0003]內(nèi)模控制是一種實(shí)用性很強(qiáng)的控制方法，其特點(diǎn)適用于快速響應(yīng)的永磁同步直線電機(jī)的控制。針對(duì)永磁同步直線電機(jī)的諸多非線性特性，許多學(xué)者對(duì)一般內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)進(jìn)行了一系列的改進(jìn)。一些學(xué)者設(shè)計(jì)了二自由度內(nèi)?？刂破?，通過調(diào)節(jié)控制器的兩個(gè)參數(shù)來調(diào)節(jié)永磁同步直線電機(jī)的軌跡跟蹤和抗干擾能力；一些學(xué)者設(shè)計(jì)了自適應(yīng)內(nèi)模控制器，通過推導(dǎo)出參考模型的自適應(yīng)律，從而調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)來滿足所需要的性能指標(biāo)；一些學(xué)者設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，來對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)模和逆模控制器分別進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。但這些內(nèi)?？刂破鞔蠖啻嬖陔y以實(shí)現(xiàn)逆模控制器和內(nèi)模完全匹配的問題，這個(gè)問題將導(dǎo)致 系統(tǒng)在跟蹤性和魯棒性之間只能折中考慮，難以達(dá)到雙優(yōu)控制。牛頓迭代法是一種成熟的數(shù)值計(jì)算方法，常用于求解非線性方程組的解，其運(yùn)算簡單，具有良好的快速性和收斂性，將其應(yīng)用于內(nèi)?？刂浦?，對(duì)于求解內(nèi)模的逆具有良好的效果。然而，迄今為止，基于牛頓迭代法求解逆?？刂破鞯膬?nèi)模系統(tǒng)在永磁同步直線電機(jī)控制領(lǐng)域中尚未出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于牛頓迭代法的永磁同步直線電機(jī)牛頓法內(nèi)模速度控制方法，以解決現(xiàn)有內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)中正逆模的匹配問題，以達(dá)到跟蹤性和魯棒性的雙優(yōu)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種永磁同步直線電機(jī)牛頓法內(nèi)模速度控制方法，通過給永磁同步直線電機(jī)并聯(lián)一個(gè)基于核嶺回歸構(gòu)建的非線性回歸模型，利用永磁同步直線電機(jī)的速度輸出值與回歸模型的速度輸出值作差，經(jīng)過一個(gè)低通濾波器反饋到內(nèi)?？刂破鞯妮斎攵?，與期望的速度值作差后輸入到牛頓法控制器來抑制參數(shù)變化、模型失配和負(fù)載擾動(dòng)；將核嶺回歸引入內(nèi)?？刂破鳟?dāng)中，利用核嶺回歸來構(gòu)建對(duì)象模型，實(shí)現(xiàn)高精度的模型構(gòu)建；通過對(duì)內(nèi)模結(jié)構(gòu)的分析，將牛頓法控制器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為對(duì)非線性函數(shù)的求根，并利用牛頓法實(shí)現(xiàn)控制量的求解，具體包括如下步驟:
步驟S1:已知，單輸入單輸出的非線性離散被控系統(tǒng)表示為:y(M)=P(}{kX,其中"u)，…，"Ui +1)和ik)，…，_7 (^-/7 + 1)分別為系統(tǒng)第左時(shí)刻的輸入和輸出，/7和》分別為輸入和輸出的階數(shù)，且/?>?;對(duì)永磁同步直線電機(jī)速度環(huán)輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行7次采樣，令…J(卜料…卜繼+?], 7i=7(i+l)，i=l，^^利用核嶺回歸方法
訓(xùn)練得到永磁同步直線電機(jī)的非線性模型，即永磁同步直線電機(jī)速度環(huán)模型為:
Gs ,Fs(HI) = fT(fM + IIw)4Im(I) = f(XikMkJ)；式中，X 為正則項(xiàng)參數(shù)，
f(j{k),u{k))為非線性回歸函數(shù),Tffi0+1)為內(nèi)模輸出速度；Ι(X,X1) =.exp(-|x-
，O為核寬度^⑷二卜仏久…^^^+^“仏-^…^^^+叫’通過調(diào)整λ和σ來實(shí)現(xiàn)對(duì)回歸模型的訓(xùn)練；
步驟S2:采樣并保留《拍的內(nèi)模輸入信號(hào){?認(rèn)-1)，…，和/?拍的永磁同步直線電機(jī)速度輸出信號(hào)[f⑷，…，_7(左-/?+1)}組成I⑷，則當(dāng)輸入《⑷時(shí)，內(nèi)模輸出為Tw0+1)=/(1⑷，"O))；
步驟S3:將永磁同步直線電機(jī)實(shí)際速度輸出值_7以+1)與步驟SI所述的內(nèi)模輸出速度ym (^+1)作差，得到速度誤差信號(hào)? (^+1)；
步驟S4: ξ (^+1)經(jīng)過低通濾波器得到補(bǔ)償輸入量η {k+l)；
步驟S5:將永磁同步直線電機(jī)的參考速度輸入_7*(^+1)與步驟S3中的補(bǔ)償輸入量n (左+1)作差，得到帶有擾動(dòng)的參考輸入信號(hào)/ (^+1);
步驟S6:y (Jc+1)經(jīng)過牛頓法的控制器即可得到控制輸入量《(幻，其具體獲得方法為:給出控制率
【權(quán)利要求】
1.一種永磁同步直線電機(jī)牛頓法內(nèi)模速度控制方法，其特征在于:通過給永磁同步直線電機(jī)并聯(lián)一個(gè)基于核嶺回歸構(gòu)建的非線性回歸模型，利用永磁同步直線電機(jī)的速度輸出值與回歸模型的速度輸出值作差，經(jīng)過一個(gè)低通濾波器反饋到內(nèi)?？刂破鞯妮斎攵耍c期望的速度值作差后輸入到牛頓法控制器來抑制參數(shù)變化、模型失配和負(fù)載擾動(dòng)；將核嶺回歸引入內(nèi)模控制器當(dāng)中，利用核嶺回歸來構(gòu)建對(duì)象模型，實(shí)現(xiàn)高精度的模型構(gòu)建；通過對(duì)內(nèi)模結(jié)構(gòu)的分析，將牛頓法控制器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為對(duì)非線性函數(shù)的求根，并利用牛頓法實(shí)現(xiàn)控制量的求解，具體包括如下步驟: 步驟S1:已知，單輸入單輸出的非線性離散被控系統(tǒng)表示為:
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK104022701SQ201410278261
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】黃宴委, 陳迪, 陳少斌, 熊少華 申請(qǐng)人:福州大學(xué)