[發明專利]一種無軸承永磁同步電機解耦控制器的構造方法

有效

• 申請號: 201210275401.9
• 申請日: 2012-08-06
• 公開（公告）號: CN102790576A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 孫曉東;陳龍;李可;楊澤斌;朱熀秋
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: 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

技術領域

本發明是一種基于支持向量機逆的無軸承永磁同步電機控制系統，具體是無軸承永磁同步電機解耦控制器的構造方法，適用于無軸承永磁同步電機的高性能控制，屬于電力傳動控制設備的技術領域。

背景技術

無軸承永磁同步電機是將無軸承技術應用于普通永磁同步電機的一種新型電機，在永磁同步電機基礎上，將產生徑向懸浮力的磁軸承繞組（線圈）和電機定子繞組疊壓在一起，實現電機的無軸承化。無軸承永磁同步電機不僅具有永磁同步電機效率高、功率因數高、體積小、重量輕、控制性能好等優點，而且具有磁軸承無摩擦、無磨損、不需潤滑、高轉高精等優點，從而使其在生物醫藥、航空航天、半導體制造等特殊領域具有廣泛的應用前景。然而無軸承永磁同步電機具有十分復雜的電磁關系，是一個多變量、非線性、強耦合的復雜系統，其二自由度徑向懸浮力之間，以及徑向懸浮力和轉速之間存在著復雜的耦合關系，要實現無軸承永磁同步電機的穩定懸浮運行，以及在不同工況下的無級調速，必須對無軸承永磁同步電機進行非線性解耦控制。

目前無軸承永磁同步電機主要采用矢量控制，矢量控制是從電機電磁場理論出發,利用坐標變換，將無軸承永磁同步電機模型等效為類似于直流電機的模型來進行控制。然而，矢量控制只能實現二自由度徑向懸浮力之間，以及徑向懸浮力和轉速之間的靜態解耦控制。為提高無軸承永磁同步電機控制的動態性能，逆系統及微分幾何控制方法也被用于無軸承永磁同步電機的控制，但其線性化解耦的實現,要求獲得被控對象精確數學模型。而無軸承永磁同步電機作為一個復雜的非線性系統，電機參數在各種工況下變化十分顯著，使逆系統和微分幾何方法難以在實際中真正得到應用。神經網絡逆方法雖然解決了逆系統方法中逆模型難以求取的棘手問題，但神經網絡存在局部極小問題，學習速度慢，訓練時間長、理想樣本提取困難、網絡結構不易優化等缺陷，使得基于神經網絡逆方法的無軸承永磁同步電機解耦控制效果不理想。

為了從本質上提高無軸承永磁同步電機系統的適應性和魯棒性，實現無軸承永磁同步電機的二自由度徑向懸浮力之間，以及徑向懸浮力和轉速之間的動態解耦控制，進而提高無軸承永磁同步電機的懸浮運行性能，需采用新的控制技術和新的控制方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種既可實現負載條件下無軸承永磁同步電機二自由度徑向懸浮力之間，以及徑向懸浮力和轉速之間非線性解耦控制，又能有效地提高無軸承永磁同步電機的各項控制性能指標，如穩態跟蹤精度、動態響應速度及參數魯棒性的無軸承永磁同步電機支持向量機逆控制器的構造方法。

本發明的技術方案是采用如下步驟：1）先將兩個Clark逆變換分別串接在相對應的兩個電流跟蹤型逆變器之間，再將兩個電流跟蹤型逆變器分別串接在與無軸承永磁同步電機及其負載模型之前，共同作為一個整體組成復合被控對象；2）用具有8個輸入節點、4個輸出節點的支持向量機加5個積分器s^-1構造支持向量機逆，支持向量機的第一個輸入為支持向量機逆的第一個輸入，其經第一個積分器s^-1的輸出為支持向量機的第二個輸入，再經第二個積分器為支持向量機的第三個輸入；支持向量機的第四個輸入為支持向量機逆的第二個輸入，其經第三個積分器s^-1的輸出為支持向量機的第五個輸入，再經第四個積分器為支持向量機的第六個輸入；支持向量機的第七個輸入為支持向量機逆的第三個輸入，其經第五個積分器s^-1的輸出為支持向量機的第八個輸入，支持向量機的輸出是支持向量機逆的輸出；3）調整并確定支持向量機的向量系數和閾值，將支持向量機逆置于復合被控對象之前組成偽線性系統；偽線性系統等效為兩個位移二階積分型偽線性子系統和一個速度一階積分型偽線性子系統，對三個積分型偽線性子系統分別設計相應的兩個位移調節器和一個速度調節器；由兩個位移調節器和一個速度調節器構成線性閉環控制器；4）將線性閉環控制器串接在支持向量機逆之前，由線性閉環控制器、支持向量機逆和兩個Clark逆變換、兩個電流跟蹤型逆變器共同構成無軸承永磁同步電機支持向量機逆控制器。

本發明的有益效果是：

1．通過構造支持向量機逆，將無軸承永磁同步電機這一多變量、非線性、強耦合時變系統的控制轉化為對兩個位移二階積分線性子系統和一個轉速一階積分線性子系統的控制，利用PID調節器方法設計線性閉環控制器，從而實現了對二自由度徑向懸浮力之間，以及徑向懸浮力和轉速之間的動態解耦，因而可以實現獨立地對無軸承永磁同步電機的二自由度位移系統和轉速的控制，獲得無軸承永磁同步電機的高性能運行控制。