[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

技術領域

本發明涉及一種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，屬于磁懸浮傳動/驅動控制技術領域。

背景技術

主動磁軸承利用線圈產生的電磁力使轉子懸浮于空間，實現定、轉子之間無機械接觸，是一種高性能的新型軸承。磁軸承的主要優點為無機械摩擦磨損、無需潤滑和密封、低噪聲、無污染、高速高精、壽命長等?；谏鲜鰞烖c，磁軸承在航空航天、精密機床、機器人、機械工業、真空技術、能源交通等高科技領域具有潛在的應用前景。

目前應用于單自由度主動磁軸承系統的控制方法主要有如PID控制等的反饋控制方法，這些反饋控制方法雖然相對比較簡單易行，但是會導致系統的不穩定問題。與傳統的反饋控制方法不同，自適應逆控制方法是利用自適應濾波方法來研究解決控制問題，采用自適應濾波技術對系統動態響應特性進行控制，采用自適應噪聲消除器消除、抑制被控對象的外界擾動。也就是說，自適應逆控制方法利用被控對象的逆模型作為前饋控制器對系統動態性能進行開環控制，不僅可以有效避免由反饋引起的系統不穩定問題，而且可以同時分開處理系統的動態性能控制與對象外界擾動的控制問題，互不影響。由于單自由度主動磁軸承系統是一個非線性時變復雜系統，很難獲得系統的精確數學模型及其逆模型，而支持向量機具有對線性、非線性系統良好的回歸能力，因此將自適應逆控制方法與支持向量機回歸策略相結合，本發明提出了基于支持向量回歸的單自由度主動磁軸承自適應逆控制方法，該方法利用支持向量機辨識被控對象的回歸模型及其逆回歸模型，來實現被控對象的自適應逆控制，使系統具有很強的自適應性和魯棒性。

發明內容

本發明的目的是為了克服單自由度主動磁軸承系統現有控制方法的缺陷，提出一種不依賴于系統精確模型、并能有效抑制建模誤差和外部擾動噪聲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。

本發明采用的技術方案是依次采用如下步驟：

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。

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)；