[發明專利]基于支持向量機分層分類的無刷直流電機位置傳感方法

在審

• 申請號: 201811180643.3
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109217744A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 秦斌;王欣;秦羽新
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18;H02P21/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任重;馮振寧

本發明針對無刷直流電機轉子位置檢測問題，提出了一種基于支持向量機(SVM)分層分類的無刷直流電機位置傳感方法。其主要特征是將無刷直流電機定子電壓和電流作為分層SVM的輸入，轉子位置信息作為輸出，將直流電機轉子位置分為6個區域，每個SVM輸出對應區域類的組合，逐步分層決策，直到區分出轉子對應區域位置為止；通過網格優化法對SVM網絡訓練確定SVM最優參數，再把訓練好的網絡模型運用到電機運行中，采集電機定子電壓和電流作為SVM的輸入，通過分層分類確定最終轉子位置信息，通過轉子位置推算邏輯換相信號，確定每個區域對應相應開關管的通斷，即換相邏輯信號。

技術領域

本發明涉及一種無刷直流電機領域的轉子位置傳感方法，具體的說就是一種基于支持向量機(SVM)分層分類的無刷直流電機位置傳感方法。

背景技術

無刷直流電機通過轉子位置信號來控制電子換相電路使定子電樞各繞組不斷的換相通電，從而使定子磁場與轉子永磁磁場始終保持90左右的空間角，產生轉矩推動轉子運轉。

傳統無刷直流電機的轉子位置信息是通過位置傳感器測得的，需要安裝位置檢測裝置，但有位置檢測裝置的無刷直流電機存在以下缺點：增加電機體積，不利于電機小型化；位置傳感器安裝在電機內部很有限的空間里，難以安裝并且維修困難；難于適應惡劣的環境；傳感器接線復雜，容易引入干擾。因此無位置傳感器無刷直流電機成了人們研究的熱點。

目前轉子無位置傳感器裝置的位置測量技術主要有反電勢法、電流檢測法、智能算法。反電勢與速度成正比，因此在轉速很低甚至為零時不能通過檢測反電勢來得到過零信號；而電流法的實現主要依賴于電流傳感器的精度，一般情況下，傳感器能夠較好的獲得電流大小的信號，而對電流相位和波形的細小變化則很難檢測到。故反電勢法和電流法單獨使用都有其局限性。

發明內容

技術問題：有位置傳感器和多種無位置傳感器裝置的轉子信號檢測方法都有其局限性，因此較難運用到對電機運行要求比較高的場合。

技術方案：為了解決上述問題，將支持向量機(SVM)分層分類用到轉子位置檢測中去，通過電流速度控制使得電機能夠按照要求穩定運轉。對于無刷直流電機，將轉子位置信號與電機電壓、電流之間的映射模型建立起來，采用支持向量機分層分類實現這種映射。將電機電壓和電流作為支持向量機的輸入，轉子位置信息作為輸出，從而實現電機轉子位置的判定。

本發明是基于SVM的基礎上的轉子位置檢測系統，由無刷電機工作原理可知繞組A、B、C相繞組的感應磁鏈是電角度θ的函數，而繞組A、B、C相繞組的感應磁鏈與三相端電壓和電流存在一定的關系，因此可由三相端電壓和電流預測出電角度θ，即轉子位置信號。

SVM是一種二分類模型，它的目的是尋找一個超平面來對樣本進行分割，分割的原則是間隔最大化，最終轉化為一個凸二次規劃問題來求解。描敘多元非線性分類模型一般形式為：y_i＝sgn(g(x_i))其中i＝1,2,…,N表示支持向量機分類預測模型的輸入量，y_i表示模型目標輸出量。映射函數使用核函數將原始輸入空間的樣本映射到高維特征空間Ω中，在特征空間中利用映射函數對樣本數據進行線性分類。

SVM分類可表示為：g(x)＝(w·Φ(x))+b (1)

其中矢量w∈Rⁿ，偏置b∈R。SVM在最小化樣本誤差的同時，最小化模型的結構風險，即：

約束條件：y_i[(wx_i)+b]≤1-ξ_i，ξ_i≥0i＝1，…，N

這里ξ_i為松弛變量，方程(2)通過對偶形式的Lagrange多項式，計算得出最終分類函數為：