[發明專利]五自由度無軸承異步電機支持向量機逆控制器的構造方法

有效

• 申請號: 201210275539.9
• 申請日: 2012-08-06
• 公開（公告）號: CN102801382A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 楊澤斌;孫曉東;汪明濤;黃振躍;李可;朱熀秋
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/06
• 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

本發明是一種五自由度無軸承異步電機支持向量機逆控制器的構造方法，屬于電力傳動控制設備的技術領域。無軸承異步電機在離心機、密封泵、航空航天、數控機床、飛輪儲能、生命科學等眾多高速、超高速特種電氣傳動領域具有廣闊的應用前景。

背景技術

利用磁軸承與電機結構的相似性，把磁軸承懸浮繞組（線圈）嵌放在電機的定子繞組中，使兩種磁場合成一體，并且能同時獨立控制電機轉子的旋轉和懸浮。無軸承電機正是基于這一設想而提出的，無軸承電機種類很多，其中結構簡單、易于弱磁、可靠性高的無軸承異步電機尤其受到廣泛重視。

五自由度無軸承異步電機由1臺二自由度無軸承異步電機和1個三自由度混合磁軸承構成，是多變量、強耦合的非線性復雜系統，要實現其穩定懸浮運行，必須進行非線性動態解耦控制。

基于無軸承異步電機轉矩繞組矢量控制方法，可以實現五自由度無軸承異步電機的穩定懸浮控制，但是這種控制是一種穩態解耦控制，由于忽略了系統各個變量之間的耦合作用，無法滿足五自由度無軸承異步電機高速高精的運行要求。因此采用逆系統方法對五自由度無軸承異步電機控制系統進行動態解耦，但其動態解耦的實現，必須獲得被控對象精確數學模型。而五自由度無軸承異步電機是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，加之存在磁路飽和、定轉子偏心時懸浮力的變化、負載擾動等影響，再加上轉子偏心時徑向力的變化、負載擾動的存在以及磁飽和的影響，使逆系統方法在實際應用中遇到了瓶頸。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，但由于神經網絡學習速度慢、訓練時間長、存在局部極小問題、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五自由度無軸承異步電機解耦控制效果不理想。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有的技術缺陷而提供的一種基于支持向量機逆的五自由度無軸承異步電機解耦控制器的構造方法，該控制器既可以實現轉速和懸浮力之間的動態解耦控制，又可以有效提高五自由度無軸承異步電機的各項控制性能指標，如動態響應速度、穩態跟蹤精度及魯棒性。

本發明采用的技術方案是采用如下步驟：1）先將三個Clark逆變換分別串接在三個電流跟蹤型逆變器之前，再將三個電流跟蹤型逆變器和一個線性功率放大器分別串接在五自由度無軸承異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19個輸入節點、7個輸出節點的支持向量機加12個積分器????????????????????????????????????????????????構成具有7個輸入節點、7個輸出節點的支持向量機逆，其中：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，其經第五個積分器的輸出為支持向量機的第八個輸入，再經第六個積分器為支持向量機的第九個輸入；支持向量機的第十個輸入為支持向量機逆的第四個輸入，其經第七個積分器的輸出為支持向量機的第十一個輸入，再經第八個積分器為支持向量機的第十二個輸入；支持向量機第十三個輸入為支持向量機逆的第五個輸入，其經第九個積分器的輸出為支持向量機的第十四個輸入，再經第十個積分器的輸出為支持向量機的第十五個輸入；支持向量機第十六個輸入為支持向量機逆的第六個輸入，其經第十一個積分器的輸出為支持向量機的第十七個輸入；支持向量機第十八個輸入為支持向量機逆的第七個輸入，其經第十二個積分器的輸出為支持向量機的第十九個輸入；支持向量機與12個積分器一起組成支持向量機逆，支持向量機的輸出就是支持向量機逆的輸出；3）調整支持向量機的向量系數和閾值使支持向量機逆實現復合被控對象的逆系統功能，將支持向量機逆置于復合被控對象之前組成偽線性系統；4）偽線性系統等效為7個解耦的積分線性子系統，分別為5個位置二階積分型的偽線性子系統、1個轉速一階積分型的偽線性子系統和1個磁鏈一階積分型的偽線性子系統；對7個解耦的積分子系統分別設計相應的5個轉子位置控制器、1個轉速控制器）和1個磁鏈控制器，并由5個轉子位置控制器、1個轉速控制器和1個磁鏈控制器構成線性閉環控制器；5）將線性閉環控制器、支持向量機逆和復合被控對象依次串接，由線性閉環控制器、支持向量機逆、三個Clark逆變換、三個電流跟蹤型逆變器和一個線性功率放大器共同構成五自由度無軸承異步電機支持向量機逆控制器。