[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)換相誤差校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711062666.X
• 申請(qǐng)日: 2017-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107579684B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周新秀;陳曦;周詠平;曾凡銓
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);上海航天控制技術(shù)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H02P6/182
• 分類(lèi)號(hào): H02P6/182;H02P21/00
• 代理公司: 11251 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)換相誤差校正方法，其特征在于：首先進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)以提供基本的換相信息，然后根據(jù)電機(jī)換相前后相反電勢(shì)電壓差作為反饋量送入自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正控制器，并將控制器輸出的偏差補(bǔ)償量與基本換相信息融合后精確補(bǔ)償換相誤差，實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的高精度換相控制；

用于換相誤差校正的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器由2-3-1結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成；輸入層接收換相前后相反電勢(shì)電壓差誤差及其積分值；輸出層輸出相位誤差的補(bǔ)償量；輸入層到隱層和隱層到輸出層分別由W₁和W₂加權(quán)因子連接，并采用梯度下降法最小化誤差函數(shù)來(lái)更新加權(quán)因子；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器接收的相反電勢(shì)電壓差誤差為e＝u_ref-Δu，這里的u_ref是電壓差參考輸入，Δu是表征換相誤差的相反電勢(shì)電壓差值，控制器的具體實(shí)現(xiàn)如下：

x₁(k)＝e(k),x₂(k)＝∑e(k) (1)

其中，x_i(k)為輸入層第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的第k次迭代輸入，h_j(k)為隱層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的第k次迭代函數(shù)，y(k)為輸出層第k次迭代輸出，e(k)表示第k次迭代的反電勢(shì)電壓差誤差輸入，W_{1_ij}(k)表示第k次迭代的連接輸入層第i節(jié)點(diǎn)和隱層第j節(jié)點(diǎn)的加權(quán)因子，W_{2_j}(k)表示第k次迭代的連接隱層第j節(jié)點(diǎn)和輸出層的加權(quán)因子；

定義第k次迭代誤差函數(shù)為，

通過(guò)最小化誤差函數(shù)來(lái)更新加權(quán)因子，并采用梯度下降法求取加權(quán)因子增量，

其中，ΔW_{1_ij}(k)和ΔW_{2_j}(k)是更新下一次加權(quán)因子的增量，η是學(xué)習(xí)率，J(k)是第k次迭代誤差函數(shù)，u_ref(k)是第k次電壓差參考輸入，Δu(k)是表征換相誤差的相反電勢(shì)第k次電壓差值，Δθ(k)是第k次的換向點(diǎn)相位誤差；

由于換向誤差與表征換相誤差電壓值間的非線(xiàn)性關(guān)系和參數(shù)不確定性，無(wú)法由解析函數(shù)顯式的表示，此處使用符號(hào)函數(shù)表示其變化趨勢(shì)，因此，式可以整理為，

新的加權(quán)因子可以更新為，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)換相誤差校正方法，其特征在于：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的穩(wěn)定性條件由李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析得到，并在保證穩(wěn)定的條件下設(shè)置學(xué)習(xí)率選取規(guī)則，使其自適應(yīng)調(diào)節(jié)以適應(yīng)不斷變化的誤差環(huán)境，具體實(shí)現(xiàn)如下：將李雅普諾夫函數(shù)定義為：

其中，V(k)是第k次更新后的李雅普諾夫函數(shù)；

第k次和第k+1次迭代之間的李雅普諾夫函數(shù)增量是，

其中，ΔV(k)是第k+1次相對(duì)于第k次的李雅普諾夫函數(shù)增量；

輸入誤差可以表示為，

e(k+1)＝e(k)+Δe(k) (10)

其中，Δe(k)是第k+1次相對(duì)于第k次的反電勢(shì)電壓差誤差輸入增量，根據(jù)控制器結(jié)構(gòu)，輸入誤差的增量可以寫(xiě)為，

通過(guò)將式(6)代入式(11)，可以得到，

將式(10)和(12)代入式(9)中，李雅普諾夫函數(shù)的增量可以重寫(xiě)為，

可以得出，當(dāng)ΔV≤0時(shí)，可以保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，學(xué)習(xí)率η需滿(mǎn)足，

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的學(xué)習(xí)率對(duì)誤差收斂速度有顯著的影響，學(xué)習(xí)速度太慢會(huì)導(dǎo)致收斂緩慢，但是η太大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩和不穩(wěn)定，為了達(dá)到較好的效果，本方法設(shè)置學(xué)習(xí)率η的選取規(guī)則為，

其中，Δu_tolerable是換相誤差引起的電壓差容許值。