專利名稱：一種無軸承異步電機徑向位置魯棒控制器的構造方法
技術領域：
本發明是一種無軸承異步電機徑向位置支持向量機廣義逆內模控制器的構造方法，屬于高速電氣傳動領域，為實現無軸承異步電機的高性能控制提高了有益條件，適用高速高精的機床直驅主軸、離心泵、機電電池等。
背景技術：
無軸承異步電機可以滿足現代軍事、工業等領域對高速/超高速、無摩擦磨損、無需潤滑、免維護的高性能特種傳動系統的要求，是一種同時具備異步電機和磁軸承優點的·新型特種磁懸浮電機，具有十分廣闊的應用前景。PID控制器是一種非常成熟的控制算法，在實際工業的電機驅動控制中應用十分廣泛。當被控對象的結構、參數均為已知的場合，可以通過調整PID控制參數，即可獲得比較理想的控制效果。但這種算法是基于電機各種狀態的估計采用線性模型的時候，而無軸承異步電機是一個多輸入多輸出的非線性耦合系統，所以采用常規的PID控制算法將無法達到比較理想的控制效果。對于無軸承異步電機，實現轉子的穩定懸浮是其正常工作的首要條件，因此有必要尋求新的控制理論、新的控制方法對無軸承異步電機徑向位置進行有效的控制，實現無軸承異步電機在不同徑向位置下徑向力的非線性動態解耦控制，從而實現其高性能懸浮運行。

發明內容
本發明的目的是為了克服現有無軸承異步電機控制方法的不足，提供一種無軸承異步電機徑向位置支持向量機廣義逆解耦控制器的構造方法，所構造的魯棒控制器可以實現無軸承異步電機徑向力在不同徑向位置下的非線性解耦控制，使系統具有優良的靜、動態性能。本發明無軸承異步電機徑向位置魯棒控制器的構造方法采用的技術方案是依次按以下步驟1)由Park逆變換、Clark逆變換、電流跟蹤型逆變器與被控的無軸承異步電機徑向位置系統依次串接后作為一個整體構成復合被控對象；2)采用具有6個輸入節點、2個輸出節點的支持向量機加4個線性環節構造具有2個輸入節點、2個輸出節點的支持向量機廣義逆，支持向量機廣義逆的第一個輸入
一作為支持向量機的第一個輸入，其經二階系統~2 , 5 , 的輸出為.，為支持向量機
h+ ^+ X
的第二個輸入，再經一個積分器為X為支持向量機的第三個輸入；支持向量機廣義逆
的第二個輸入I作為支持向量機的第四個輸入，其經二階系統^ τ_____g_____________________________7一一的輸出為.
，為支持向量機的第五個輸入，再經一個積分器為，為支持向量機的第六個輸入，支持向量機的輸出是支持向量機廣義逆的輸出；3)調整支持向量機的向量系數和閾值，由支持向量機廣義逆與復合被控對象串聯構成廣義偽線性系統，偽線性系統被線性化解耦為2個單輸入單輸出二階位移線性子系統；對2個二階位移線性子系統分別引入2個并聯的兩個位移內模控制器構造內模控制器，第一個位移內模控制器由第一個位移內部模型和第一個位移控制器組成，第二個位移內模控制器由第二個位移內部模型和第二個位移控制器組成；將內模控制器與支持向量機廣義逆相結合組成支持向量機廣義逆內模控制器。本發明的有益效果是
I、通過構造支持向量機廣義逆，將無軸承異步電機徑向位置系統這一多輸入多輸出的非線性時變耦合系統線性化解耦為2個單輸入單輸出線性子系統，從而將復雜的非線性控制問題轉化為簡單的線性控制問題。2、利用支持向量機的回歸能力逼近無軸承異步電機徑向位置系統的逆模型，不需要知道原系統及逆系統的精確數學模型，克服了傳統解析逆方法的逆模型難以求取的棘手問題，并且以結構風險最小化為學習規則的支持向量機能很好地克服以經驗風險最小化為學習規則的神經網絡的不足。3、采用支持向量機廣義逆與復合被控對象構成的廣義偽線性系統，不但實現了復合被控對象的線性化解耦，而且通過合理調節線性環節參數，可以使偽線性系統的極點在復平面內合理地配置，獲得理想的開環頻率特性，實現系統的大范圍線性化，解耦和降階，在此基礎上，引入內模控制，設計系統的魯棒控制器，具有設計簡單、控制參數調節方便、控制性能優良等特點。


圖I是復合被控對象15的組成 圖2是由6個輸入節點、2個輸出節點的支持向量機21和4個線性環節構成的支持向量機廣義逆22的結構示意圖。圖3是支持向量機廣義逆22與復合被控對象15復合構成的廣義偽線性系統3的不意圖及其等效 圖4是支持向量機廣義逆內模控制器5的構成原理框圖。
具體實施例方式本發明的實施方案是首先基于無軸承異步電機本體，由Park逆變換IUClark逆變換12、電流跟蹤型逆變器13與被控的無軸承異步電機徑向位置系統14作為一個整體構成復合被控對象15，該復合被控對象15等效為兩相旋轉坐標系下的4階微分方程模型，系統向量的相對階為{2，2}。其次，采用由6個輸入節點、2個輸出節點的支持向量機21和4個線性環節構成具有2個輸入節點、2個輸出節點的復合被控對象15的支持向量機廣義逆22。將支持向量機廣義逆22串聯于復合被控對象15之前組成廣義偽線性系統3，廣義偽線性系統3等效為2個二階位移線性子系統31、32，通過合理地調節廣義逆系統的參數aiQ、an,al2,a20,a2l和a22，可以使線性化解耦后的線性子系統的極點在復平面內合理配置，實現將積分型不穩定的子系統轉變為穩定的子系統，從而使非線性系統的開環線性化控制成為可能。為了進一步提高系統的魯棒性，對2個二階位移線性子系統31、32分別引入2個位移內模控制器41、42構造內模控制器4，合理設計內模控制器4，與支持向量機廣義逆22相結合組成支持向量機廣義逆內模控制器5，控制復合被控對象15，實現對無軸承異步電機徑向位置的高精度魯棒控制，使系統能克服未建模動態的干擾，并具有優良的動、靜態控制性能。具體實施分以下7步
I、形成復合被控對象15。將Park逆變換11、Clark逆變換12、電流跟蹤型逆變器13與被控的無軸承異步電機徑向位置系統14依次串接，由Park逆變換IUClark逆變換12、電流跟蹤型逆變器13與被控的無軸承異步電機徑向位置系統14組成復合被控對象15，如
圖I所示。該復合被控對象15以
權利要求
1.一種無軸承異步電機徑向位置魯棒控制器的構造方法，其特征是依次按以下步驟 1)由Park逆變換(11)、Clark逆變換(12)、電流跟蹤型逆變器(13)與被控的無軸承異步電機徑向位置系統(14)依次串接后作為一個整體構成復合被控對象(15)；2)采用具有6個輸入節點、2個輸出節點的支持向量機(21)加4個線性環節構造具有2個輸入節點、2個輸出節點的支持向量機廣義逆(22 )，支持向量機廣義逆(22 )的第一個輸入_作為支持向量機(21)的第一個輸入，其經二階系統
2.根據權利要求I所述的構造方法，其特征在于步驟3)中，所述支持向量機(21)的向量系數和閾值的確定方法是將階躍激勵信號( , 加到復合被控對象(15)的輸入端，采集無軸承異步電機徑向位置的轉子徑向位移H，將轉子徑向位移離線分別求其一階、二階導數，求出'=+%*1和％,并對信號做規范化處理，組成支持向量機(21)的訓練樣本集丨；f，X , V1 , y , y , v2 , id , ^ )■，選取高斯核函數作為支持向量機(21)的核函數,選取核寬度與正則化參數對支持向量機(21)進行訓練確定向量系數和閾值，其中，<31(|、<311、<312、<32(|、<321和a22為廣義逆系統的參數。
全文摘要
本發明公開了一種無軸承異步電機徑向位置的支持向量機廣義逆內模控制器的構造方法，是由Park逆變換、Clark逆變換、電流跟蹤型逆變器和被控的無軸承異步電機徑向位置系統作為一個整體構成復合被控對象；采用支持向量機加4個線性環節來構造復合被控對象的支持向量機廣義逆；再將支持向量機廣義逆置于復合被控對象之前組成廣義偽線性系統；廣義偽線性系統被線性化解耦為兩個單輸入單輸出的二階位移線性子系統，然后針對兩個二階線性子系統引入內模控制方法構造內模控制器，最后將內模控制器和支持向量機廣義逆共同構成無軸承異步電機徑向位置的支持向量機廣義逆內模控制器，具有設計簡單、控制參數調節方便、控制性能優良等特點。
文檔編號H02P21/00GK102790581SQ20121027597
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者孫曉東, 李可, 楊澤斌, 江浩斌, 陳龍 申請人:江蘇大學