[發明專利]單自由度主動磁軸承支持向量機自適應逆控制器構造方法

有效

• 申請號: 201310665706.5
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103645637A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 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: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

1.單自由度主動磁軸承支持向量機自適應逆控制器構造方法，其特征是依次按以下步驟：

1）將力到電流變換器、開關功率放大器、單自由度主動磁軸承、電渦流位移傳感器以及位移接口電路作為一個整體構成復合被控對象，其輸入為軸向懸浮力給定信號輸出為軸向位移信號z；

2）采用支持向量機構建復合被控對象的回歸模型和逆回歸模型，并分別離線確定回歸模型和逆回歸模型的權值參數W₁(k)和W₂(k)；其中k為當前的采樣時刻；

3）將逆回歸模型作為前饋控制器，串聯在復合被控對象之前，構成逆控制器，其輸入輸出分別為k時刻的軸向位移給定信號z^*(k)和k時刻的軸向懸浮力給定信號

4）將逆控制器的k時刻的輸出軸向懸浮力給定信號同時驅動復合被控對象和回歸模型，并將復合被控對象的實際軸向位移輸出z(k)減去回歸模型的輸出得到回歸誤差用該誤差信息在線實時調整回歸模型的權值參數W₁(k)；將復合被控對象的實際軸向位移輸出z(k)減去軸向位移給定信號z^*(k)，得到控制誤差e₂(k)=z(k)-z^*(k)，用該誤差信息在線實時調整逆控制器的權值參數W₂(k)；

5）將逆控制器和回歸模型相結合構成支持向量機自適應逆控制器，控制復合被控對象。

2.根據權利要求1所述的單自由度主動磁軸承支持向量機自適應逆控制器構造方法，其特征在于，步驟2）中，離線確定回歸模型權值參數W₁(k)的方法是：將軸向懸浮力信號F_z(k)施加到復合被控對象的輸入端，采集復合被控對象不同時刻的輸入軸向懸浮力信號F_z(k)、F_z(k-1)，以及其不同時刻的輸出軸向位移信號z(k-1)、z(k-2)和z(k-3)作為支持向量機的輸入，采集復合被控對象k時刻的輸出軸向位移信號z(k)為支持向量機的輸出，組成支持向量機的訓練樣本集{F_z(k)，F_z(k-1)，z(k-1)，z(k-2)，z(k-3)，z(k)}，支持向量機的核函數選為高斯核函數，根據單自由度主動磁軸承實際情況選取合適的正則化參數與核寬度，對支持向量機進行訓練，確定支持向量機的向量系數和閾值，從而離線確定回歸模型的權值參數W₁(k)；

離線確定逆回歸模型權值參數W₂(k)的方法是：采集復合被控對象k-1時刻的輸入軸向懸浮力信號F_z(k-1)，以及其不同時刻的輸出軸向位移信號z(k)、z(k-1)、z(k-2)和z(k-3)作為支持向量機的輸入，采集復合被控對象的k時刻的輸入軸向懸浮力信號F_z(k)為支持向量機的輸出，組成支持向量機的訓練樣本集{F_z(k-1)，z(k)，z(k-1)，z(k-2)，z(k-3)，F_z(k)}，支持向量機的核函數選為高斯核函數，根據單自由度主動磁軸承實際情況選取合適的正則化參數與核寬度，對支持向量機進行訓練，確定支持向量機的向量系數和閾值，從而離線確定逆回歸模型的權值參數W₂(k)；其中，F_z(k)、F_z(k-1)分別為復合被控對象k時刻和k-1時刻的輸入軸向懸浮力信號；z(k)、z(k-1)、z(k-2)、z(k-3)分別為復合被控對象k時刻、k-1時刻、k-2時刻和k-3時刻的輸出軸向位移信號；k表示當前的采樣時刻。

3.根據權利要求1所述的單自由度主動磁軸承支持向量機自適應逆控制器構造方法，其特征在于，步驟4）中，回歸模型權值參數W₁(k)在線實時調整的公式為：

W1(k+1)=W1(k)+η1(-∂E1(k)∂W1(k))---(1)]]>

其中，W₁(k)和W₁(k+1)分別為k時刻和k+1時刻回歸模型的權值；η₁為學習速率，其值大小根據單自由度主動磁軸承實際運行情況選取；E₁(k)為k時刻的均方根誤差，即E1(k)=12(z(k)-z^(k))2=12e12;]]>

逆回歸模型權值參數W₂(k)在線實時調整的公式為：

W2(k+1)=W2(k)+η2(-∂E2(k)∂W2(k))---(2)]]>

其中，W₂(k)和W₂(k+1)分別為k時刻和k+1時刻逆回歸模型的權值；η₂為學習速率，其值大小根據單自由度主動磁軸承實際運行情況選取；E₂(k)為k時刻的均方根誤差，即E2(k)=12(z(k)-z*(k))2=12e22.]]>