[发明专利]无轴承无刷直流电机神经网络α阶逆控制器的构造方法

说明书

技术领域                                                             

本发明涉及一种无轴承无刷直流电机神经网络α阶逆控制器，适用于无轴承无刷直流电机的高性能控制，属于电力传动控制设备技术领域。

背景技术

无刷直流电机结合了直流电机和交流电机的特点，具有调速性能好、起动容易、能够载重起动、寿命长等优点，并且维护方便、噪声小、不存在因电刷而引起的一系列问题。无轴承无刷直流电机利用磁场力作用实现电机转子的悬浮，既具备无刷直流电机的优点，又具备磁轴承电机的无摩擦、无磨损、不需润滑和密封、高速度、高精度、寿命长的特点，具有很大潜在的工程应用价值。

现代工业应用中对电机控制系统性能的要求越来越高，为了改善电机的性能，不仅要对电机本体结构进行研究，也要采用先进的控制策略对电机进行控制。对无轴承无刷直流电机的研究主要集中于对电机本体、控制器硬件电路及无位置传感器等方面，对现代控制策略应用方面的研究较少，而普通PID控制算法仅能在线性时不变的数学模型所描述的控制系统中获得良好的性能。当系统中存在未知或变化的动态量时，这种控制方式就不能取得很好的效果，特别是将无轴承技术应用到无刷直流电机当中时，整个系统将变为一个复杂的非线性强耦合系统，当系统的参数时变过大时，系统甚至会不稳定，难以实现无轴承无刷直流电机的正常工作。

为了提高无轴承无刷直流电机控制系统的动态性能, 可以采用微分几何或逆系统控制方法，但这些方法要求被控系统的数学模型精确已知，必须求出反馈控制的解析表达式，而且要求系统参数恒定或参数变化规律已知，而作为一个复杂的非线性被控对象，无轴承无刷直流电机转子参数随工况的变化十分明显，加之存在一些不可预见的干扰和动态影响，使微分几何方法与解析逆系统方法难以在实际中真正应用。

国内现有的相关专利申请公开的有：1)专利申请号为CN200510038099.5，名称为：磁悬浮开关磁阻电动机径向神经网络逆解耦控制器及构造方法，针对的磁悬浮开关磁阻电动机设计径向神经网络逆解耦控制器；2) 专利申请号为CN200510040065.X，名称为：基于神经网络逆五自由度无轴承永磁同步电机控制系统及控制方法，针对的是五自由度无轴承永磁同步电机设计控制方法。3)专利申请号为CN200610038711.3，名称为：无轴承交流异步电机神经网络逆解耦控制器及构造方法，针对的是无轴承交流异步电机设计神经网络逆解耦控制器。而目前还未见任何有针对无轴承无刷直流电机设计神经网络逆解耦控制器的文献公开；由于无轴承无刷直流电机结构的特殊性，必须分段推导其转矩系统及悬浮系统数学模型，并且分段分析其可逆性，其对应的神经网络逆系统结构也与其它无轴承电机不同。

发明内容

本发明的目的是提供一种无轴承无刷直流电机神经网络α阶逆控制器的构造方法，将神经网络α阶逆系统原理引入无轴承无刷直流电机，针对无轴承无刷直流电机构造神经网络α阶逆控制器，既可使无轴承无刷直流电机具有优良的抗电机参数变化及抗负载扰动能力，又能有效地提高无轴承无刷直流电机的各项控制性能指标。

本发明的技术方案是依次采用如下步骤：1）由两个PWM逆变器以及无轴承无刷直流电机作为一个整体组成复合被控对象；2）建立复合被控对象的数学模型，采用静态神经网络加6个积分器来构造复合被控对象的神经网络逆；3）调整并确定静态神经网络的各个权系数，将神经网络逆置于复合被控对象之前串联组成伪线性系统，伪线性系统等效为两个转子位置二阶积分线性子系统和一个速度二阶积分线性子系统；4）分别对两个转子位置二阶积分线性子系统和一个速度二阶积分线性子系统设计两个位置控制器和一个速度控制器，并由两个位置控制器和一个速度控制器来构成线性闭环控制器；5）将线性闭环控制器、神经网络逆和两个PWM逆变器依次串接共同构成无轴承无刷直流电机神经网络α阶逆控制器。 

本发明的有益效果是：

1．无轴承无刷直流电机比磁轴承支承的电机具有更加合理，更加实用的结构，系统结构紧凑，转子轴向长度大大缩短，电机转速、功率可以进一步得到提高，并可以实现高速及超高速运行。