[發明專利]一種交流磁軸承容錯解耦控制器的構造方法

有效

• 申請號: 201310423427.8
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103490690A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 孫曉東;陳龍;江浩斌;楊澤斌;李可
• 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: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明涉及交流磁軸承容錯解耦控制器的構造方法，適用于交流徑向主動磁軸承系統的高性能、高可靠性控制，屬于特種電氣傳動（特別是磁懸浮傳動）技術領域。

背景技術

為了適應現代裝備及先進制造業朝著高效、高速高精、智能化、低功耗且實現綠色制造發展的趨勢，要求其領域所采用的磁軸承具有體積小、結構簡單、功耗小、成本低、可靠性高等特點。交流徑向主動磁軸承基于交流勵磁，只需采用單個三相CRPWM功率逆變器即可實現徑向兩自由度的懸浮控制，并且三相CRPWM逆變器技術已經十分成熟，相比較直流功放具有體積小、成本低、功耗低等顯著優點，而且成熟的三相交流電機檢測及數字控制技術均可借鑒，因此交流徑向主動磁軸具有更重要的研究意義和更廣闊的應用前景。然而，隨著交流徑向主動磁軸在超高速超精密數控機床等特種傳動領域中的應用越來越廣泛，其安全和可靠性問題也日益受到關注，因此研究并提高交流徑向主動磁軸浮系統的可靠性，以及研究其容錯驅動控制策略，同樣具有重要的現實意義。

神經網絡逆控制方法利用神經網絡逼近原系統的逆模型，克服了解析逆控制方法在實際應用中逆模型難以求取的瓶頸問題，取得了一定成效。然而，神經網絡自身存在的訓練時間較長、學習速度較慢、網絡結構不易優化、存在局部極小值等問題使得神經網絡逆控制方法在實際應用中的控制效果不佳。支持向量機以結構風險最小化為學習規則，很好的解決了以經驗風險最小化為學習規則的神經網絡的缺陷，使得支持向量機逆控制方法較神經網絡逆控制方法更具有應用前景。但是，傳統的支持向量機逆控制方法只能實現系統正常運行時的解耦線性化，當系統發生故障時卻無能為力。因此為了使支持向量機逆控制方法具有更廣闊的應用前景，并且提高交流徑向主動磁軸系統的可靠性，有必要研究支持向量機逆控制方法的新的擴展形式來實現交流徑向主動磁軸在正常、以及帶故障運行工況下的非線性動態解耦控制。

發明內容

本發明的目的是為了實現交流徑向主動磁軸系統在正常及帶故障狀態下的解耦控制，即容錯解耦控制，利用支持向量機逆理論，提出一種基于雙支持向量機逆模型的交流徑向主動磁軸系統容錯解耦控制器的構造方法。

本發明采用的技術方案是：

一種交流磁軸承容錯解耦控制器的構造方法，依次按以下步驟：

1）將Clark逆變換器和CRPWM逆變器依次串聯于交流徑向主動磁軸承系統之前構成復合被控對象；

2）采用第一支持向量機和4個積分器S^-1構造復合被控對象的正常支持向量機逆模型，采第二支持向量機和另外4個積分器S^-1構造復合被控對象的故障支持向量機逆模型；將正常支持向量機逆模型和故障支持向量機逆模型一起構成支持向量機逆模型庫；

3）選擇所述正常支持向量機逆模型或故障支持向量機逆模型作為復合被控對象的支持向量機逆模型，調整并確定第一支持向量機或第二支持向量機的向量系數和閾值使支持向量機逆模型庫實現復合被控對象的逆系統功能，將支持向量機逆模型庫串聯于復合被控對象之前組成偽線性系統，偽線性系統被解耦線性化為2個二階積分型位移線性子系統；

4）針對2個解耦線性化的二階積分型位移線性子系統，分別設計2個徑向位置控制器，從而構成線性閉環控制器；將線性閉環控制器和支持向量機逆模型庫共同構成支持向量機逆容錯解耦控制器，對復合被控對象進行容錯解耦控制。

步驟3）中所述支持向量機逆模型的確定方法為：根據故障檢測切換單元檢測復合被控對象的懸浮運行狀態，當復合被控對象正常運行時，故障檢測切換單元選擇支持向量機逆模型庫中的正常支持向量機逆模型作為復合被控對象的逆模型，當復合被控對象帶故障運行時，故障檢測切換單元選擇支持向量機逆模型庫中的故障支持向量機逆模型作為復合被控對象的逆模型。

步驟3）中，所述第一支持向量機或第二支持向量機的向量系數和閾值的確定方法為：在交流徑向主動磁軸承系統無故障或帶故障懸浮運行的兩種工況下，分別采集復合被控對象的輸入控制電流信號{i_x,i_y}、以及輸出徑向位移信號{x,y}，并將徑向位移信號{x,y}離線求其一階、二階導數，并對信號進行規范化處理，組成第一支持向量機或第二支持向量機的訓練樣本集第一支持向量機或第二支持向量機的核函數選取為高斯核函數，并根據交流徑向主動磁軸承系統實際懸浮運行情況選取合適的正則化參數和核寬度，訓練第一支持向量機或第二支持向量機，從而確定第一支持向量機或第二支持向量機的向量系數與閾值。

本發明的有益效果是：