[发明专利]一种五自由度无轴承永磁同步电机解耦控制器的构造方法

说明书

技术领域

本发明属于电力传动控制设备技术领域，是一种五自由度无轴承永磁同步电机解耦控制器的构造方法，无轴承永磁同步电机适用于高速、超高速特种电气传动，在数控机床、航空航天、密封泵、机电储能、生命科学等众多特殊电气传动领域具有广阔的应用前景。

背景技术

无轴承永磁同步电机根据磁轴承结构与传统电机结构相似性，将产生径向悬浮力的磁轴承绕组和永磁同步电机定子（转矩）绕组叠压在一起，使电机转子同时具有旋转和自悬浮能力，实现电机的无轴承化。无轴承永磁同步电机不仅具有永磁同步电机伺服系统体积小、重量轻、效率高、功率因数高、控制特性好等优点，而且具有磁轴承无摩擦、无磨损、不需润滑、高转速和高精度等优点，满足了众多场合需要高速、超高速电气传动的要求，在特种电气传动应用领域有着独特的优势。

五自由度无轴承永磁同步电机由1台二自由度无轴承永磁同步电机和1个三自由度径向-轴向混合磁轴承构成，是一个非线性、强耦合的多输入多输出复杂系统，对其进行非线性动态解耦控制实现五自由度无轴承永磁同步电机稳定悬浮运行的关键。

传统的基于无轴承永磁同步电机转矩绕组矢量控制方法，由于忽略了系统各变量之间的相互耦合作用，无法满足高速高精的运行要求。为提高五自由度无轴承永磁同步电机控制系统的动态性能，采用逆系统方法对五自由度无轴承永磁同步电机进行动态解耦控制，但其线性化解耦的实现，要求获得被控对象精确数学模型。而五自由度无轴承永磁同步电机作为一个复杂的非线性系统，参数在各种工况下变化十分显著，使逆系统方法难以在实际中真正得到应用。

目前的神经网络逆方法虽然能解决逆系统方法中逆模型难以求取的问题，但由于神经网络存在局部极小问题，且存在学习速度慢、训练时间长、理想样本提取困难、网络结构不易优化等缺陷，使得基于神经网络逆方法的五自由度无轴承永磁同步电机解耦控制效果不佳。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足而提供的一种基于支持向量机逆的五自由度无轴承永磁同步电机解耦控制器构造方法，该控制器既可以实现悬浮力和转速之间的动态解耦控制，又可以有效地提高五自由度无轴承永磁同步电机各项控制性能指标，如稳态跟踪精度、动态响应速度及参数鲁棒性。

本发明采用的技术方案是：其特征在于采用如下步骤：

1）先将三个Clark逆变换分别串接在相应的三个电流跟踪型逆变器之前，再将三个电流跟踪型逆变器以及一个线性功率放大器分别串接在五自由度无轴承永磁同步电机及其负载模型之前，共同作为一个整体组成复合被控对象；

2）用具有17个输入节点、7个输出节点的支持向量机加11个积分器                                                构成具有6个输入节点、7个输出节点的支持向量机逆，其中：支持向量机的第一个输入为支持向量机逆的第一个输入，其经第一个积分器的输出为支持向量机的第二个输入，再经第二个积分器为支持向量机的第三个输入；支持向量机的第四个输入为支持向量机逆的第二个输入，其经第三个积分器的输出为支持向量机的第五个输入，再经第四个积分器为支持向量机的第六个输入；支持向量机的第七个输入为支持向量机逆的第三个输入，其经第五个积分器的输出为支持向量机的第八个输入，再经第六个积分器为支持向量机的第九个输入；支持向量机的第十个输入为支持向量机逆的第四个输入，其经第七个积分器的输出为支持向量机的第十一个输入，再经第八个积分器为支持向量机的第十二个输入；支持向量机第十三个输入为支持向量机逆的第五个输入，其经第九个积分器的输出为支持向量机的第十四个输入，再经第十个积分器的输出为支持向量机的第十五个输入；支持向量机第十六个输入为支持向量机逆的第六个输入，其经第十一个积分器的输出为支持向量机的第十七个输入；支持向量机与11个积分器一起组成支持向量机逆，支持向量机的输出就是支持向量机逆的输出；

3）调整支持向量机的向量系数和阈值使支持向量机逆实现复合被控对象的逆系统功能，将支持向量机逆置于复合被控对象之前共同组成伪线性系统；

4）伪线性系统等效为五个位置二阶积分型的伪线性子系统和一个转速一阶积分型的伪线性子系统，设计相应的五个转子位置控制器、一个转速控制器；由五个转子位置控制器、一个转速控制器构成线性闭环控制器；

5）将线性闭环控制器、支持向量机逆和复合被控对象依次串接，由线性闭环控制器、支持向量机逆、三个Clark逆变换、三个电流跟踪型逆变器和一个线性功率放大器共同构成五自由度无轴承永磁同步电机控制器。