[發明專利]一種基于磁編碼器誤差神經網絡補償的永磁同步電機系統

有效

• 申請號: 201810256436.5
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108448979B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 許家群;殷志鵬
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明是一種基于磁編碼器誤差神經網絡補償的永磁同步電機系統。本發明首先獲取磁編碼器讀取位置與該情況下位置偏差，經過網絡隱含層、網絡輸出層對網絡進行離線訓練，根據δk法則得到滿足所設定最大誤差率的權值，進而獲取磁編碼器位置誤差的誤差函數，將該函數寫入矢量控制算法，實現電機角度的高準確度測量。本發明好處在于神經網絡位置誤差補償算法可以對使用過程中由于電機振動所引起的位置誤差波動進行有效補償，以實現全工況平均位置誤差最??；單輸入單輸出神經網絡結構簡單，易于工程實現；位置誤差補償可降低轉矩脈動、諧波畸變率，提高電機控制系統效率。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，具體地說，涉及一種基于磁編碼器誤差神經網絡補償的永磁同步電機系統。

背景技術

磁編碼器安裝于電機轉子軸外側，其內部霍爾元件產生與變化磁場相對應的正余弦感應電壓，再經解算以實現電機位置檢測。磁編碼器由于體積小、價格低、分別率高等特點廣泛應用于有成本控制需求的高分辨率電機控制系統轉角和轉速測量。受安裝精度與電機振動的影響，磁編碼器使用過程中存在一定的位置檢測誤差。位置誤差會增加電流諧波畸變率、轉矩脈動、降低電機效率，嚴重限制了磁編碼器的發展和應用。

為降低位置檢測誤差目前主要有兩類方法。一種是對磁編碼器中霍爾元件感應出的正余弦信號進行補償，這種方法可以從誤差產生的源頭進行修正。如：文獻“SignalCompensation and Extraction of High Resolution Position for SinusoidalMagnetic Encoder,International Conference on Control,Automation and Systems”(Automation and Systems，2017)從dq軸電流紋波的角度設計狀態觀測器對正余弦信號進行修正；文獻“Position Error Compensation in Quadrature Analog Magnrtic Encoderthrough an Iterative Optimization Algorithm”(Transaction on IndustrialElectronics，2016)使用迭代優化算法進行正余弦信號幅值與相位補償。但由于大部分解碼芯片不對用戶開放該信號，并且由于后續存在位置解算過程，該過程也有可能引入誤差，限制了該方法的使用。

另一種是對正余弦霍爾電壓解算出的位置信號進行補償。如：文獻“基于查表原理的單對極磁編碼器研制”(中國電機工程學報，2006)使用插值法進行誤差曲線擬合。該方法不需提前對誤差函數規律進行判斷，提高了擬合準確度。但只能對唯一確定曲線進行擬合，即對唯一確定的磁編碼器位置進行補償。

發明內容

本發明不使用傳統的最小二乘或差值法對磁編碼器位置誤差函數進行擬合，而是使用神經網絡進行離線訓練，得到滿足小于等于訓練最大誤差率的權值、閾值，進而獲取磁編碼器位置誤差的擬合函數，實現電機角度的高準確度測量?？蓪﹄姍C運行過程中由于電機振動所引起的位置誤差波動進行補償，以實現全工況平均位置誤差最小

本發明所采用的技術方案：

一種基于磁編碼器誤差神經網絡補償的永磁同步電機系統，包含：矢量控制算法，逆變器，永磁同步電機，磁編碼器，神經網絡誤差補償算法；其中神經網絡誤差補償算法包括：網絡輸入層；網絡隱含層；網絡輸出層；δ_k法則；誤差函數；

矢量控制算法是基于SVPWM的永磁同步電機電流閉環控制算法，其中PWM管腳輸出PWM信號用于控制三相逆變器開通與關斷；逆變器上下橋臂中點與永磁同步電機的A、B、C三相相連；磁編碼器由單對永磁體和含霍爾元件的位置解碼芯片組成，單對磁極永磁體安裝在電機軸上，隨軸轉動，讀取電機位置信號；讀取到的位置信號含有位置偏差，使用基于磁編碼器的神經網絡誤差補償算法對該誤差進行補償；補償后的準確位置信號用于控制器算法中矢量控制的Park變換、Park逆變換與SVPWM算法，以獲得正確的PWM信號，實現電機的準確控制。