專利名稱：基于多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型的多相電機(jī)容錯(cuò)控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，尤其是一種多相電機(jī)容錯(cuò)控制方法及系統(tǒng)，用于電動(dòng)汽車、船舶推進(jìn)器等高可靠性的電力傳動(dòng)。
背景技術(shù)：
目前，多相電機(jī)的容錯(cuò)控制方法主要分成三類第一類是發(fā)生故障后，僅改變剩余相電流幅值及相位以維持定子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)不變，從而保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變，并在此基礎(chǔ)上， 考慮抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，以及剩余相繞組空間對(duì)稱關(guān)系從而獲得空間對(duì)稱的剩余相容錯(cuò)電流， 實(shí)現(xiàn)多相電機(jī)的容錯(cuò)控制。第二類的容錯(cuò)控制方法是僅考慮銅耗最小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小化等條件，計(jì)算出剩余相電流。此二類方法都未考慮電機(jī)發(fā)生故障后導(dǎo)致電機(jī)參數(shù)的變化，由于原控制器參數(shù)與故障電機(jī)參數(shù)不匹配，因而導(dǎo)致系統(tǒng)控制性能惡化。第三類方法是根據(jù)故障情形，建立各種故障情形下電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并分別對(duì)每種故障下的電機(jī)模型設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的容錯(cuò)控制。這種方法雖然考慮了電機(jī)的故障導(dǎo)致電機(jī)參數(shù)變化的問題，但在實(shí)施過程中需要對(duì)每種故障情形都要建立數(shù)學(xué)模型并設(shè)計(jì)控制器，控制復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)解耦控制方法已經(jīng)在電機(jī)控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性逼近能力去構(gòu)建電機(jī)或多電機(jī)的逆系統(tǒng)，從而獲得高性能控制。目前，還未見有將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)應(yīng)用于多相電機(jī)容錯(cuò)控制的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有多相電機(jī)容錯(cuò)控制方法的不足，利用現(xiàn)有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)理論， 提出一種新穎的基于多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型的多相電機(jī)的容錯(cuò)控制方法，提高多相電機(jī)控制的可靠性；本發(fā)明同時(shí)還提出實(shí)現(xiàn)該容錯(cuò)控制方法的控制系統(tǒng)。本發(fā)明基于多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型的多相電機(jī)容錯(cuò)控制方法的技術(shù)方案是采用如下步驟1)當(dāng)五相永磁電機(jī)無故障時(shí)，由電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊選擇正常逆模型及2/5電流變換器串聯(lián)在滯環(huán)電流比較器之前，根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速與光電編碼器反饋的轉(zhuǎn)速經(jīng)第一附加控制器計(jì)算輸出轉(zhuǎn)速的二階導(dǎo)數(shù)，由設(shè)定的定子磁鏈
Ψ5與電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊觀測(cè)并反饋的定子磁鏈經(jīng)第二附加控制器計(jì)算輸出定子磁鏈Ψ3的一階導(dǎo)數(shù)；將第一、第二附加控制器的輸出信號(hào)作為正常逆模型的輸入信號(hào)，正常逆模型輸出信號(hào)為給定定子Ag軸電流4 , ‘，經(jīng)2/5電流變換器變換為五相
永磁電機(jī)的定子電流。輸出給滯環(huán)電流比較器，控制逆變器驅(qū)動(dòng)五相永磁電機(jī)
獲得正常運(yùn)行，根據(jù)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)修改第一、第二附加控制器的參數(shù)；2)當(dāng)五相永磁電機(jī)出現(xiàn) A相開路故障時(shí)，由電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊檢測(cè)開路故障并選擇故障逆模型及 2/4電流變換器串聯(lián)在滯環(huán)電流比較器之前，根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速與光電編碼器反饋的轉(zhuǎn)速，經(jīng)第一附加控制器計(jì)算輸出轉(zhuǎn)速的二階導(dǎo)數(shù)，由設(shè)定的定子磁鏈與電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模
型切換模塊觀測(cè)并反饋的定子磁鏈經(jīng)第二附加控制器計(jì)算輸出定子磁鏈的一階導(dǎo)數(shù)，將第一、第二附加控制器的輸出信號(hào)作為故障逆模型的輸入信號(hào)，故障逆模型輸出信號(hào)為給定定子A 7軸電流Jii/ , ‘‘，經(jīng)2/4電流變換器變換成五相永磁電機(jī)的四相定子容錯(cuò)電
流ξ, Vc, Id, ζ ；輸出給滯環(huán)電流比較器，控制逆變器驅(qū)動(dòng)五相永磁電機(jī)獲得容錯(cuò)控制，不改第一、第二附加控制器中的參數(shù)。本發(fā)明基于多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型的多相電機(jī)容錯(cuò)控制系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是包括容錯(cuò)控制器，容錯(cuò)控制器由第一、第二附加控制器、多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)和電流變換器組成；電流變換器由2/5電流變換器、2/4電流變換器組成；多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)由正常逆模型和故障逆模型組成；在充分激勵(lì)條件下分別采集五相永磁電機(jī)正常運(yùn)行和故障運(yùn)行時(shí)的輸入輸出數(shù)據(jù)，分別離線訓(xùn)練第一、第二靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得正常逆模型、故障逆模型；多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)與電流變換器、滯環(huán)電流比較器、逆變器以及五相永磁電機(jī)相串聯(lián)獲得偽線性系統(tǒng)，針對(duì)偽線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一、第二附加控制器；光電編碼器與第一附加控制器相接組成五相永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制回路；五相永磁電機(jī)輸入端連接電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊，電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊輸出分別連接滯環(huán)電流比較器、電流變換器、 多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)和第二附加控制器，電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊輸出五相永磁電機(jī)的各相電流反饋給滯環(huán)電流比較器、輸出故障信息給電流變換器及多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)；電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊與第二附加控制器構(gòu)成定子磁鏈控制回路。本發(fā)明的有益效果是
1、采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆來分別獲取電機(jī)正常和故障狀態(tài)逆模型，獲得一個(gè)不變的偽線性系統(tǒng)，只需考慮開路后將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆輸出的定子A 7軸電流變換成四相參考電流即可，即只需調(diào)整剩余四相電流的相位關(guān)系，因此，相比較現(xiàn)有多相電機(jī)容錯(cuò)控制方法，本發(fā)明的容錯(cuò)電流幅值并沒有增加，降低了對(duì)逆變器功率器件的要求，降低了電路成本。2、本發(fā)明一方面發(fā)揮了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)較強(qiáng)的非線性逼近電機(jī)逆系統(tǒng)模型的能力，在電機(jī)故障導(dǎo)致電機(jī)模型參數(shù)變化后，依然能夠準(zhǔn)確逼近電機(jī)逆系統(tǒng)，具備了較強(qiáng)的容錯(cuò)性和魯棒性。另一方面，由于正常及故障下的電機(jī)都有與之匹配的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型與之對(duì)應(yīng)串聯(lián)，所獲得的偽線性系統(tǒng)是一個(gè)不變的偽線性系統(tǒng)，因此，當(dāng)電機(jī)故障時(shí)，無需再次修改附加控制器的控制參數(shù)，提高了容錯(cuò)控制器對(duì)電機(jī)繞組故障的適應(yīng)性。


圖1為本發(fā)明容錯(cuò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為五相電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)電流向量圖3為五相電機(jī)A相開路時(shí)剩余相容錯(cuò)電流向量圖中1.五相永磁電機(jī)；2.逆變器；3.滯環(huán)電流比較器；4.電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊；5.光電編碼器；6.多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)；7.電流變換器；8.偽線性系統(tǒng)；9.容錯(cuò)控制器；61.正常逆模型；62.故障逆模型；71. 2/5電流變換器；72. 2/4電流變換器；91、 92.第一、第二附加控制器；631、632.第一、第二靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
具體實(shí)施例方式以反電勢(shì)為正弦波的五相永磁電機(jī)為對(duì)象，詳細(xì)說明本發(fā)明基于多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型的多相電機(jī)容錯(cuò)控制系統(tǒng)及控制方法。該多相電機(jī)容錯(cuò)控制系統(tǒng)包括容錯(cuò)控制器9，容錯(cuò)控制器9由第一、第二附加控制器91、92、多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)6和電流變換器7組成，電流變換器7由2/5電流變換器71、 2/4電流變換器72組成，其中2/5電流變換器71是將正常逆模型61輸出的定子Ag軸電
流Ii,、Iv變換為/1.411定J' ι Ii流W…d，V '2/4電流變換器72是將故障逆模型62輸出
的定子A 7軸電流/ '、/〃變換為四相容錯(cuò)的定子電流 ^ -, Κ。在容錯(cuò)控制器9之
后依次串接滯環(huán)電流比較器3、逆變器2和五相永磁電機(jī)1，滯環(huán)電流比較器3和逆變器2 驅(qū)動(dòng)五相永磁電機(jī)1。整個(gè)控制系統(tǒng)由定子磁鏈控制回路和轉(zhuǎn)速控制回路組成，光電編碼器 5檢測(cè)并反饋五相永磁電機(jī)1的轉(zhuǎn)速，光電編碼器5與第一附加控制器91相接組成五相永磁電機(jī)1的轉(zhuǎn)速控制回路。五相永磁電機(jī)1的輸入端連接電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊4，電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊4輸出分別連接滯環(huán)電流比較器3、電流變換器7、 多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)6和第二附加控制器92。電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊4輸出五相永磁電機(jī)1的各相電流反饋給滯環(huán)電流比較器3、輸出故障信息給電流變換器7以及多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)6，選擇相應(yīng)的逆模型和電流變換器。電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊4
觀測(cè)電機(jī)定子磁鏈，與第二附加控制器92構(gòu)成定子磁鏈控制回路。多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)6由正常逆模型61和故障逆模型62組成。多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)6與電流變換器7、滯環(huán)電流比較器3、逆變器2以及五相永磁電機(jī)1相串聯(lián)獲得偽線性系統(tǒng)8。針對(duì)所獲得的偽線性系統(tǒng)8，利用線性系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)得到第一附加控制器91及第二附加控制器92。以五相永磁電機(jī)1的A相開路故障為例，詳細(xì)說明本發(fā)明的控制方法的實(shí)施 首先，利用常規(guī)的逆系統(tǒng)理論對(duì)五相永磁電機(jī)1的數(shù)學(xué)模型(見下式(1))進(jìn)行可逆性
分析，證明五相永磁電機(jī)1是可逆性，存在逆模型。其次，在常規(guī)PI控制的充分激勵(lì)條件，采集五相永磁電機(jī)1正常運(yùn)行時(shí)的輸入輸出數(shù)據(jù)，離線訓(xùn)練第一靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)631，逼近正常電機(jī)的逆模型，由第一靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 631獲得正常逆模型61。采集五相永磁電機(jī)1的A相開路故障下的輸入輸出數(shù)據(jù)，離線訓(xùn)練第二靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)632，逼近故障電機(jī)的逆模型，由第二靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)632獲得故障逆模型62。其中，反電動(dòng)勢(shì)為正弦分布的五相永磁電機(jī)1的狀態(tài)方程描述如下
權(quán)利要求
1.基于多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型的多相電機(jī)容錯(cuò)控制方法，其特征是具有如下步驟1)當(dāng)五相永磁電機(jī)(1)無故障時(shí)，由電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊(4)選擇正常逆模型(61)及2/5電流變換器(71)串聯(lián)在滯環(huán)電流比較器(3 )之前，根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速與光電編碼器(5)反饋的轉(zhuǎn)速經(jīng)第一附加控制器(91)計(jì)算輸出轉(zhuǎn)速的二階導(dǎo)數(shù)，由設(shè)定的定子磁鏈與電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊(4)觀測(cè)并反饋的定子磁鏈Ψ5經(jīng)第二附加控制器(92)計(jì)算輸出定子磁鏈的一階導(dǎo)數(shù)；將第一、第二附加控制器(91、92)的輸出信號(hào)作為正常逆模型(61)的輸入信號(hào)， 正常逆模型(61)輸出信號(hào)為給定定子A《軸電流4 , & ,經(jīng)2/5電流變換器(71)變換為五相永磁電機(jī)(1)的定子電流^ ,輸出給滯環(huán)電流比較器(3)，控制逆變器(2)驅(qū)動(dòng)五相永磁電機(jī)(1)獲得正常運(yùn)行，根據(jù)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)修改第一、第二附加控制器(91、92) 的參數(shù)；2)當(dāng)五相永磁電機(jī)(1)出現(xiàn)如A相開路故障時(shí)，由電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊 (4)檢測(cè)開路故障并選擇故障逆模型(62)及2/4電流變換器(72)串聯(lián)在滯環(huán)電流比較器 (3)之前，根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速與光電編碼器(5)反饋的轉(zhuǎn)速，經(jīng)第一附加控制器(91)計(jì)算輸出轉(zhuǎn)速的二階導(dǎo)數(shù)，由設(shè)定的定子磁鏈與電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊(4)觀測(cè)并反饋的定子磁鏈經(jīng)第二附加控制器(92)計(jì)算輸出定子磁鏈Ψ，的一階導(dǎo)數(shù)，將第一、第二附加控制器(91、92)的輸出信號(hào)作為故障逆模型(62)的輸入信號(hào)，故障逆模型(62)輸出信號(hào)為給定定子A Q軸電流，Zi/，經(jīng)2/4電流變換器(72)變換成五相永磁電機(jī)(1)的四相定子容錯(cuò)電流i‘，i:,iK ;輸出給滯環(huán)電流比較器(3)，控制逆變器(2)驅(qū)動(dòng)五相永磁電機(jī)(1)獲得容錯(cuò)控制，不改第一、第二附加控制器(91、92)中的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相電機(jī)容錯(cuò)控制方法，其特征是2/4電流變換器(72)的電流變換表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相電機(jī)容錯(cuò)控制方法，其特征是2/5電流變換器(71)的電流變換表示為
4. 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述多相電機(jī)容錯(cuò)控制方法的系統(tǒng)，包括容錯(cuò)控制器(9)，其特征是容錯(cuò)控制器(9)由第一、第二附加控制器(91、92)、多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)(6)和電流變換器(7)組成；電流變換器(7)由2/5電流變換器(71)、2/4電流變換器(72)組成；多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)(6)由正常逆模型(61)和故障逆模型(62)組成；在充分激勵(lì)條件下分別采集五相永磁電機(jī)(1)正常運(yùn)行和故障運(yùn)行時(shí)的輸入輸出數(shù)據(jù)，分別離線訓(xùn)練第一、第二靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(631、632 )獲得正常逆模型(61)、故障逆模型(62 )；多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)(6 )與電流變換器(7)、滯環(huán)電流比較器(3)、逆變器(2)以及五相永磁電機(jī)(1)相串聯(lián)獲得偽線性系統(tǒng)(8)，針對(duì)偽線性系統(tǒng)(8)設(shè)計(jì)第一附加控制器(91)及第二附加控制器(92)；光電編碼器(5)與第一附加控制器(91)相接組成五相永磁電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速控制回路；五相永磁電機(jī) (1)輸入端連接電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊(4 )，電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊 (4)輸出分別連接滯環(huán)電流比較器(3)、電流變換器(7)、多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)(6)和第二附加控制器(92)，電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊(4)輸出五相永磁電機(jī)(1)的各相電流反饋給滯環(huán)電流比較器(3)、輸出故障信息給電流變換器(7)及多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型庫(kù)(6)； 電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊(4)與第二附加控制器(92)構(gòu)成定子磁鏈控制回路。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電機(jī)控制領(lǐng)域中的基于多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型的多相電機(jī)容錯(cuò)控制方法及系統(tǒng)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆來分別獲取電機(jī)正常和故障狀態(tài)逆模型，在正常及故障下由電流檢測(cè)磁鏈觀測(cè)逆模型切換模塊選擇相應(yīng)的逆模型及電流變換器串聯(lián)在滯環(huán)電流比較器之前，獲得一個(gè)不變的偽線性系統(tǒng)，只需考慮開路后將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆輸出的定子d，q軸電流變換成四相參考電流，只需調(diào)整剩余四相電流的相位關(guān)系；當(dāng)電機(jī)故障導(dǎo)致電機(jī)模型參數(shù)變化后，無需再次修改附加控制器的控制參數(shù)依然能夠準(zhǔn)確逼近電機(jī)逆系統(tǒng)，提高了容錯(cuò)控制器對(duì)電機(jī)繞組故障的適應(yīng)性，具備了較強(qiáng)的容錯(cuò)性和魯棒性，降低了對(duì)逆變器功率器件的要求及電路成本。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102522945SQ201210005220
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者劉國(guó)海, 張多, 趙文祥 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)