[發明專利]無軸承無刷直流電機神經網絡α階逆控制器的構造方法

有效

• 申請號: 201110003805.8
• 申請日: 2011-01-10
• 公開（公告）號: CN102055390A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 朱熀秋;張婷婷;潘偉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P21/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

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本發明涉及一種無軸承無刷直流電機神經網絡α階逆控制器，適用于無軸承無刷直流電機的高性能控制，屬于電力傳動控制設備技術領域。

背景技術

無刷直流電機結合了直流電機和交流電機的特點，具有調速性能好、起動容易、能夠載重起動、壽命長等優點，并且維護方便、噪聲小、不存在因電刷而引起的一系列問題。無軸承無刷直流電機利用磁場力作用實現電機轉子的懸浮，既具備無刷直流電機的優點，又具備磁軸承電機的無摩擦、無磨損、不需潤滑和密封、高速度、高精度、壽命長的特點，具有很大潛在的工程應用價值。

現代工業應用中對電機控制系統性能的要求越來越高，為了改善電機的性能，不僅要對電機本體結構進行研究，也要采用先進的控制策略對電機進行控制。對無軸承無刷直流電機的研究主要集中于對電機本體、控制器硬件電路及無位置傳感器等方面，對現代控制策略應用方面的研究較少，而普通PID控制算法僅能在線性時不變的數學模型所描述的控制系統中獲得良好的性能。當系統中存在未知或變化的動態量時，這種控制方式就不能取得很好的效果，特別是將無軸承技術應用到無刷直流電機當中時，整個系統將變為一個復雜的非線性強耦合系統，當系統的參數時變過大時，系統甚至會不穩定，難以實現無軸承無刷直流電機的正常工作。

為了提高無軸承無刷直流電機控制系統的動態性能,?可以采用微分幾何或逆系統控制方法，但這些方法要求被控系統的數學模型精確已知，必須求出反饋控制的解析表達式，而且要求系統參數恒定或參數變化規律已知，而作為一個復雜的非線性被控對象，無軸承無刷直流電機轉子參數隨工況的變化十分明顯，加之存在一些不可預見的干擾和動態影響，使微分幾何方法與解析逆系統方法難以在實際中真正應用。

國內現有的相關專利申請公開的有：1)專利申請號為CN200510038099.5，名稱為：磁懸浮開關磁阻電動機徑向神經網絡逆解耦控制器及構造方法，針對的磁懸浮開關磁阻電動機設計徑向神經網絡逆解耦控制器；2)?專利申請號為CN200510040065.X，名稱為：基于神經網絡逆五自由度無軸承永磁同步電機控制系統及控制方法，針對的是五自由度無軸承永磁同步電機設計控制方法。3)專利申請號為CN200610038711.3，名稱為：無軸承交流異步電機神經網絡逆解耦控制器及構造方法，針對的是無軸承交流異步電機設計神經網絡逆解耦控制器。而目前還未見任何有針對無軸承無刷直流電機設計神經網絡逆解耦控制器的文獻公開；由于無軸承無刷直流電機結構的特殊性，必須分段推導其轉矩系統及懸浮系統數學模型，并且分段分析其可逆性，其對應的神經網絡逆系統結構也與其它無軸承電機不同。

發明內容

本發明的目的是提供一種無軸承無刷直流電機神經網絡α階逆控制器的構造方法，將神經網絡α階逆系統原理引入無軸承無刷直流電機，針對無軸承無刷直流電機構造神經網絡α階逆控制器，既可使無軸承無刷直流電機具有優良的抗電機參數變化及抗負載擾動能力，又能有效地提高無軸承無刷直流電機的各項控制性能指標。

本發明的技術方案是依次采用如下步驟：1）由兩個PWM逆變器以及無軸承無刷直流電機作為一個整體組成復合被控對象；2）建立復合被控對象的數學模型，采用靜態神經網絡加6個積分器來構造復合被控對象的神經網絡逆；3）調整并確定靜態神經網絡的各個權系數，將神經網絡逆置于復合被控對象之前串聯組成偽線性系統，偽線性系統等效為兩個轉子位置二階積分線性子系統和一個速度二階積分線性子系統；4）分別對兩個轉子位置二階積分線性子系統和一個速度二階積分線性子系統設計兩個位置控制器和一個速度控制器，并由兩個位置控制器和一個速度控制器來構成線性閉環控制器；5）將線性閉環控制器、神經網絡逆和兩個PWM逆變器依次串接共同構成無軸承無刷直流電機神經網絡α階逆控制器。?

本發明的有益效果是：

1．無軸承無刷直流電機比磁軸承支承的電機具有更加合理，更加實用的結構，系統結構緊湊，轉子軸向長度大大縮短，電機轉速、功率可以進一步得到提高，并可以實現高速及超高速運行。