[發(fā)明專(zhuān)利]無(wú)軸承永磁同步電機(jī)強(qiáng)化學(xué)習(xí)控制器及其構(gòu)造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611180439.2
• 申請(qǐng)日: 2016-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106788028B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華逸舟;朱熀秋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P21/00
• 分類(lèi)號(hào): H02P21/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)一種無(wú)軸承永磁同步電機(jī)強(qiáng)化學(xué)習(xí)控制器及其構(gòu)造方法，懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組電流控制模塊的輸入端分別連接執(zhí)行器?評(píng)價(jià)器模塊，執(zhí)行器?評(píng)價(jià)器模塊由執(zhí)行器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、評(píng)價(jià)器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化信號(hào)模塊和瞬時(shí)差分模塊組成，評(píng)價(jià)器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和強(qiáng)化信號(hào)模塊輸出端連接瞬時(shí)差分模塊輸入端，瞬時(shí)差分模塊輸出端分別連接執(zhí)行器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和評(píng)價(jià)器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入端，位移誤差和轉(zhuǎn)速誤差是評(píng)價(jià)器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化信號(hào)模塊和執(zhí)行器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的共同輸入，執(zhí)行器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出是d?q坐標(biāo)系下的懸浮繞組與轉(zhuǎn)矩繞組給定電流，由評(píng)價(jià)器評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)速與位移反饋信息，并指導(dǎo)執(zhí)行器控制懸浮繞組與轉(zhuǎn)矩繞組電流，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)軸承永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定跟蹤控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)軸承永磁同步電機(jī)，具體是一種無(wú)軸承永磁同步電機(jī)的控制器及構(gòu)造方法，應(yīng)用于機(jī)床電主軸、渦輪分子泵、離心機(jī)、壓縮機(jī)、機(jī)電貯能、航空航天等特殊電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，屬于電力傳動(dòng)控制設(shè)備的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無(wú)軸承永磁同步電機(jī)的控制器設(shè)計(jì)往往需要精確的電機(jī)參數(shù)值來(lái)輔助設(shè)計(jì),如無(wú)速度傳感器控制、矢量控制等。但是隨著溫度、負(fù)載和磁飽和程度的變化,電機(jī)的定子電感、繞組電阻和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值等參數(shù)值大小都會(huì)隨之而變化。當(dāng)電機(jī)實(shí)際參數(shù)值相對(duì)于常溫下的設(shè)計(jì)參數(shù)值發(fā)生比較大變化時(shí),會(huì)對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器性能造成很大影響,甚至?xí)屍錈o(wú)法工作。

自適應(yīng)控制器具有修正自己的特性以適應(yīng)對(duì)象擾動(dòng)的能力。在電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行中，自適應(yīng)控制器依靠不斷采集控制過(guò)程信息，確定被控對(duì)象的當(dāng)前實(shí)際工作狀態(tài)，以?xún)?yōu)化性能為準(zhǔn)則，產(chǎn)生自適應(yīng)控制規(guī)律，從而實(shí)時(shí)地調(diào)整控制器結(jié)構(gòu)或參數(shù)，使系統(tǒng)始終自動(dòng)地工作在最優(yōu)或次最優(yōu)狀態(tài)下。然而要實(shí)施自適應(yīng)控制，通常需要準(zhǔn)確獲得被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，而無(wú)軸承永磁同步電機(jī)徑向位置系統(tǒng)是一個(gè)多變量、非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，很難獲取其精確的數(shù)學(xué)模型。

中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN102790577A的文獻(xiàn)中公開(kāi)了一種無(wú)軸承永磁同步電機(jī)懸浮子系統(tǒng)控制器的構(gòu)造方法，對(duì)無(wú)軸承永磁同步電機(jī)的懸浮子系統(tǒng)在不同徑向位置下徑向力進(jìn)行非線(xiàn)性解耦控制設(shè)計(jì)了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆解耦控制器，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要事先讀取訓(xùn)練數(shù)據(jù)，進(jìn)行大量離線(xiàn)訓(xùn)練，權(quán)值一旦固定無(wú)法在線(xiàn)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致控制器無(wú)法克服無(wú)軸承永磁同步電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)變化、負(fù)載突變等不確定因素對(duì)系統(tǒng)的影響，魯棒性差。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN103647481A的文獻(xiàn)中公開(kāi)了一種無(wú)軸承永磁同步電機(jī)徑向位置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)逆控制器構(gòu)造方法，對(duì)無(wú)軸承永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位于不同徑向位置設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器將水平位移和垂直位移分開(kāi)控制，系統(tǒng)復(fù)雜，同時(shí)沒(méi)有對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行控制，但是其研究對(duì)象為無(wú)軸承永磁同步電機(jī)。

執(zhí)行器–評(píng)價(jià)器算法(Actor-Critic，AC),也稱(chēng)為自適應(yīng)啟發(fā)式評(píng)價(jià)算法,是一種重要的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，具有無(wú)模型在線(xiàn)學(xué)習(xí)能力。它包含兩個(gè)部件：執(zhí)行器(Actor)和評(píng)價(jià)器(Critic)。執(zhí)行器即策略結(jié)構(gòu)，用于選擇動(dòng)作；評(píng)價(jià)器即值函數(shù)，用于評(píng)估執(zhí)行器選擇的動(dòng)作。執(zhí)行器–評(píng)價(jià)器算法中，動(dòng)作的選擇與值函數(shù)的更新釆用了相同的策略。評(píng)價(jià)器必須了解和評(píng)價(jià)執(zhí)行器當(dāng)前采用的策略，評(píng)價(jià)采用瞬時(shí)差分誤差的方式，這個(gè)標(biāo)量信號(hào)是評(píng)價(jià)器的唯一輸出并推動(dòng)了執(zhí)行器–評(píng)價(jià)器的所有學(xué)習(xí)。一般情況下,評(píng)價(jià)器是一個(gè)狀態(tài)值函數(shù)，評(píng)價(jià)器的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，即值函數(shù)的更新可以采用時(shí)間差分學(xué)習(xí)(Temporal-Differencelearning，TD)。評(píng)價(jià)器的作用在于：在每個(gè)動(dòng)作選擇之后，評(píng)價(jià)器評(píng)估新?tīng)顟B(tài)來(lái)決定事情是否比期望的好或者更糟，這個(gè)評(píng)估就是瞬時(shí)差分誤差。如果瞬時(shí)差分誤差是正值，表明未來(lái)選擇當(dāng)前動(dòng)作的傾向要被加強(qiáng)，但是如果瞬時(shí)差分誤差是負(fù)值，表明傾向要被減弱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可使無(wú)軸承永磁同步電機(jī)具有優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)控制性能的自適應(yīng)強(qiáng)化學(xué)習(xí)控制器以及該控制器的構(gòu)造方法，將人工智能領(lǐng)域強(qiáng)化學(xué)習(xí)中的執(zhí)行器-評(píng)價(jià)器算法與傳統(tǒng)矢量控制相結(jié)合，能夠在沒(méi)有電機(jī)精確模型的情況下在線(xiàn)更新控制器參數(shù)，維持無(wú)軸承永磁同步電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，抗電機(jī)參數(shù)變化及抗負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)。