[發明專利]徑向六極混合磁軸承無位移傳感器控制系統的構造方法

在審

• 申請號: 202310187826.2
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116164039A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 朱熀秋;章健
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 張明明

本發明公開一種徑向六極混合磁軸承無位移傳感器控制系統的構造方法，確定BP神經網絡的結構，初始化BP神經網絡的遺傳參數和編碼長度，種群中的每個個體包含BP神經網絡的全部權值和閾值，并確定適應度函數，將每代種群中適應度值最高的個體保留為精英個體直接遺傳給下一代，對剩下的個體采用輪盤賭法進行選擇操作，計算出自適應交叉概率和自適應變異概率，經迭代后輸出最優權值和閾值，訓練BP神經網絡，得到位移預測模型；采用遺傳算法對BP神經網絡的初始權值和閾值尋優，提高預測精度和收斂速度，對選擇算子進行重新設計，避免當前種群中最好的基因被丟失和破壞，通過對交叉概率和變異概率進行自適應調整，提高其收斂性和全局尋優的能力。

技術領域

本發明屬于高速及超高速電氣傳動控制領域，涉及磁懸浮軸承(簡稱磁軸承)的控制技術，具體是一種徑向六極混合磁軸承無位移傳感器控制系統的構造方法，適用于工業制造、生命科學、能源交通和航空航天等領域。

背景技術

磁懸浮軸承是一種實現了轉子和定子間無機械接觸的高性能軸承，利用永磁體或通電線圈的電磁力使轉子能夠穩定懸浮在定子的幾何中心位置。由于磁軸承獨特的機械結構和工作原理，它具有無摩擦、無磨損、無需潤滑、高轉速、高精度、低功耗等優點。磁軸承轉子位移的測量是實現系統穩定運行的關鍵，目前多采用位移傳感器來直接測量磁軸承轉子的位移，但位移傳感器存在成本高、體積大、安裝繁瑣及控制系統復雜等問題，并不適用于對體積和轉速要求高的場合，為此采用磁軸承的無位移傳感器測量。

目前常見的無位移傳感器技術實現方法主要包括以下幾類：第一類是狀態觀測法，例如卡爾曼濾波法，這類方法需要得到研究對象精確的數學模型，而交流磁軸承具有強耦合、非線性等特點，其精確的數學模型難以建立；第二類是參數估計法，例如高頻信號注入法，這類方法需要附加電路來實現特殊信號的處理，缺點是會使控制系統變得更加復雜。支持向量機目前也被用于間接檢測磁軸承轉子位移，這種方法不需要外加電流和信號處理電路，且預測模型的參數方便確定，但支持向量機只能解決單輸出函數預測問題，針對磁軸承多輸出的位移預測模型，需要設計多個支持向量機進行預測。BP神經網絡具有較強的非線性映射能力，不需要依靠磁軸承的數學模型，其多輸入多輸出的結構特點可同時預測多個參數，為準確且高效得預測磁軸承的轉子位移提供了一種新的方法。

另一方面，雖然BP神經網絡非線性映射的能力很強，但由于初始權值和閾值的選取是根據經驗進行設置，具有一定的隨機性，會使得在計算過程中發生收斂速度慢的情況，且容易產生陷入局部極值等問題，從而導致預測值與實際值之間存在較大誤差。

發明內容

本發明的目的是針對上述幾種現有磁軸承位移傳感器存在的問題，提出一種基于改進遺傳算法優化BP神經網絡的徑向六極混合磁軸承無位移傳感器控制系統的構造方法，實現磁軸承轉子位移自檢測，提高控制精準度。

本發明一種徑向六極混合磁軸承無位移傳感器控制系統的構造方法采用技術方案是包括以下步驟：

步驟1)：采集徑向六極混合磁軸承的多組徑向控制電流i_a，i_b，i_c組成初始樣本集，對初始樣本集預處理，得到訓練樣本集和測試樣本集；

步驟2)：確定BP神經網絡的結構，初始化BP神經網絡的遺傳參數和編碼長度，隨機設置N個種群個體，種群中的每個個體包含BP神經網絡的全部權值w和閾值b，并確定適應度函數，根據適應度函數計算出種群中所有個體的適應度；

步驟3)：將每代種群中適應度值最高的個體保留為精英個體直接遺傳給下一代，對剩下的N-1個個體采用輪盤賭法進行選擇操作，按照種群中個體適應度值來選擇父代染色體，被選中概率f_m為第m個個體的適應度，N是種群的個體數，1≤m≤N-1；

步驟4)：計算出自適應交叉概率P_c和自適應變異概率P_b，再經迭代后輸出最優權值w和閾值b：