[發明專利]永磁同步電機速度環的神經網絡自校正控制方法

有效

• 申請號: 201110445181.5
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102497156A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 李世華;李娟;楊俊;吳波;吳蔚;齊丹丹
• 申請（專利權）人: 東南大學;南京埃斯頓自動化股份有限公司;南京埃斯頓自動控制技術有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;G06N3/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種高精度永磁同步電機伺服系統速度環自校正控制方法，特別是一種永磁同步電機速度環的神經網絡自校正控制方法，屬于高精度伺服控制系統的技術領域。

背景技術

永磁同步電機由于具有無機械換向器、結構簡單、容易實現正反轉切換、快速響應性好等特點，應用范圍越來越廣。高性能的全數字化伺服控制系統成為當代交流伺服系統發展的趨勢，并被廣泛地應用在工業生產自動化領域，特別是在機器人、航天航空、數控機床、特種加工設備等控制精度要求高的領域。因此對其性能的要求也越來越高，比如高速度、高精度、高可靠性及高抗干擾能力。

永磁同步電機本質是一個非線性系統，在運行過程中參數經常可能是時變的，如在實際應用中，負載的改變、運行環境的變化等都會導致轉動慣量、摩擦系數等參數發生變化。這些模型參數的變化不可避免地引起控制系統性能的降低，尤其是轉動慣量的變化。轉動慣量的增加將導致系統動態響應變慢，會對系統的機械特性造成明顯的影響。在一些應用場合，比如卷線機控制系統，隨著卷線機卷線，折合到電機上的總慣量也隨著增加，當慣量增長較大時，如果控制器參數仍然保持不變，閉環系統的性能會變差，甚至導致系統不穩定。因此經典的控制方法(如PID控制)可能無法取得令人滿意的控制效果。因此在系統轉動慣量變化大的情況下，如果系統能夠自動識別變化的工況，并據此對系統控制器參數進行自動調整，不僅能夠提高交流伺服系統的控制性能，而且可以增強交流伺服系統對工況變化的智能性和適應性。

所謂自整定是指控制器根據對象特性變化自動整定控制參數，是實現交流伺服系統速度環控制參數整定的高效途徑。因此為了消除系統參數變化和擾動帶來的影響，提高系統的控制性能，許多專家和學者進行了大量的研究，提出了一系列的控制器參數自整定方法。一般來說，可以將控制器參數自整定技術分為以下兩類：一類是基于對象模型的設計方法，如文獻(楊明，張揚等.交流伺服系統控制器參數自整定及優化[J].電機與控制學報.2010，14(12))提出一種基于轉動慣量辨識的速度控制器PI參數在線調整方法，通過電機做三角波運動過程中使用評價函數計算出的值來調整PI參數。但是基于模型的方法在參數變化很大和擾動的情況下可能無法獲得優異的控制性能。另一類是基于規則的自整定方法，如模糊自整定方法，文獻(Li?S?H，Liu?Z?G.Adaptive?speed?control?for?permanent?magnet?synchronous?motor?system?with?variations?of?load?inertia[J].IEEE?Transactions?on?Industrial?Electronics，2009，56(8)：3050-3059)提出了基于慣量辨識的自適應自抗擾控制器。根據辨識出來的慣量，利用模糊推理法，對自抗擾控制器參數進行相應的調整，這種方法對慣量的變化有著較強的自適應性，但是該方法需要豐富的先驗知識，且缺乏在線機制。

神經網絡具有很強的自適應能力、非線性映射能力、容錯能力和無需先驗知識的概括能力等特性，能逼近任意L₂范數上的任意非線性函數，可以通過自學習對系統的各種特性或者新出現的情況進行描述，并得出相應的控制策略。

發明內容

本發明的目的是提供一種永磁同步電機速度環的神經網絡自校正控制方法，該控制方法針對慣量、負載等參數變化范圍大的伺服控制的應用場合。該控制方法不需要被控對象的精確數學模型，并可以通過神經網絡的在線學習來適應工作環境和系統本身的參數變化(如轉動慣量等)，以及來自外界的擾動(如負載等)。該控制方法的參數可以不斷通過實際系統的輸出與神經網絡辨識器輸出之間的誤差來進行在線自適應整定，使系統具有良好的魯棒性、適應性、抗擾動能力和控制精度。

為了實現上述的技術目的，本發明的永磁同步電機速度環的神經網絡自校正控制方法是：將電流環和電機作為廣義對象，通過神經網絡辨識得到電機的參數及負載擾動，然后根據估計的參數和負載擾動設計速度環自校正控制器；并可以根據對象與辨識模型之間的誤差在線調整神經網絡的權值，進而自適應調整控制器的參數，實現控制器參數的在線自動整定。

所述永磁同步電機的控制策略是矢量控制。