[發(fā)明專利]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接觸器速度閉環(huán)控制方法

有效

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• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN106952782B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯龍飛;許志紅
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: H01H47/02
• 分類號: H01H47/02
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接觸器速度閉環(huán)控制方法，首先采用電流閉環(huán)作為基礎(chǔ)內(nèi)環(huán)，用以靈活調(diào)節(jié)接觸器的激磁狀態(tài)；接著采集接觸器的激磁電壓及激磁電流，利用嵌入式ANN模型計算接觸器動鐵心的實時位移；最后利用實時位移信息來計算動鐵心的實時速度，構(gòu)建接觸器速度閉環(huán)控制。本發(fā)明引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立接觸器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模型，無需接觸器具體的結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)，更不需要對磁路進行簡化處理及非飽和假設(shè)，僅通過簡單的訓(xùn)練過程即可完成任何接觸器模型的構(gòu)建，從而輸出高精度的位移信息；在此基礎(chǔ)上構(gòu)建接觸器的速度閉環(huán)控制方案，對動鐵心的運動速度進行閉環(huán)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電器控制領(lǐng)域，特別是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接觸器速度閉環(huán)控制方法。

背景技術(shù)

接觸器作為一種常見的電磁開關(guān)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域中，其性能指標(biāo)直接影響控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定。傳統(tǒng)接觸器在運行中存在諸多缺陷，如：難以實現(xiàn)交直流通用，且工作電壓范圍窄，在臨界吸合電壓下鐵心會產(chǎn)生持續(xù)的振動，導(dǎo)致觸頭熔焊；對電壓跌落較為敏感，激磁電壓低于釋放值5～10ms即可引起觸頭分?jǐn)?，影響接觸器在石油、化工等連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)中的運行可靠性；存在線圈操作過電壓，影響與線圈并聯(lián)的其他電氣設(shè)備的運行可靠性，為此增加的過電壓抑制電路又引入了額外的保持功耗。近年來國內(nèi)外學(xué)者提出了各種接觸器智能控制方案，改善了傳統(tǒng)接觸器存在的不足：

1、接觸器高壓直流起動、低壓直流保持的控制方案。在接觸器起動過程中施加一較高的直流電壓進行強激磁，使接觸器可靠起動，起動完成后施加一較低的直流電壓，使接觸器維持可靠的低壓保持狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上采用分段強激磁的優(yōu)化控制方案來實現(xiàn)起動過程動鐵心的“軟著陸”控制，減少觸頭彈跳。

2、接觸器PWM電壓閉環(huán)控制技術(shù)。采用改造后的Buck拓撲作為線圈驅(qū)動電路，以線圈電壓作為反饋，通過調(diào)節(jié)PWM占空比，來獲得所需的起動電壓等效值及保持電壓等效值，以接觸器能夠可靠吸合為約束條件，以減少彈跳為目標(biāo)，通過虛擬樣機技術(shù)及動態(tài)計算程序，尋找最佳起動占空比。

3、接觸器PWM電流閉環(huán)控制方案。以線圈電流作為反饋量，動態(tài)調(diào)節(jié)接觸器方波驅(qū)動電壓的占空比，從而得到所需的線圈電流，該方案直接控制電磁系統(tǒng)的激磁狀態(tài)，便于進行優(yōu)化控制。

4、根據(jù)線圈電壓、線圈電流，配合接觸器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料特性參數(shù)來估算動鐵心實時位移，在此基礎(chǔ)上進行接觸器的位移閉環(huán)控制，減少起動過程中的觸頭彈跳。

5、所有具有可變氣隙的電磁電器在動態(tài)過程中存在一個共同特征，即：“運動反電勢引起的線圈電流下跌效應(yīng)”，根據(jù)這一共性提出了接觸器的線圈電流斜率閉環(huán)控制方案，在起動過程中檢測線圈電流下跌斜率，形成斜率外環(huán)控制電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，間接控制觸頭速度，減少觸頭彈跳。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接觸器速度閉環(huán)控制方法，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立接觸器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)模型，無需接觸器具體的結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)，更不需要對磁路進行簡化處理及非飽和假設(shè)，僅通過簡單的訓(xùn)練過程即可完成任何接觸器模型的構(gòu)建，從而輸出高精度的位移信息；在此基礎(chǔ)上構(gòu)建接觸器的速度閉環(huán)控制方案，對動鐵心的運動速度進行閉環(huán)控制。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接觸器速度閉環(huán)控制方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：采用電流閉環(huán)作為基礎(chǔ)內(nèi)環(huán)，用以靈活調(diào)節(jié)接觸器的激磁狀態(tài)；

步驟S2：采集接觸器的激磁電壓及激磁電流，利用嵌入式ANN模型計算接觸器動鐵心的實時位移；

步驟S3：利用實時位移信息來計算動鐵心的實時速度，構(gòu)建接觸器速度閉環(huán)控制。

進一步地，所述步驟S2具體包括以下步驟：

步驟S21：采用霍爾電壓傳感器及霍爾電流傳感器對線圈激磁電壓、線圈激磁電流進行采樣，并采用下式積分得到磁鏈：