[发明专利]无轴承异步电机支持向量机逆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的技术领域，是一种无轴承异步电机解耦控制器的构造方法, 适用于无轴承异步电机的高性能控制。无轴承异步电机集成了磁轴承和异步电机的优点，在压缩机、离心机、机电贮能、涡轮分子泵、机床电主轴、航空航天等特殊电力传动领域具有广泛的应用前景。

背景技术

无轴承异步电机不仅具有气隙均匀，结构简单，坚固可靠，成本低等一系列优点，而且具有宽弱磁范围、齿槽脉动转矩低等特点，是最具研究前途的无轴承电机之一。然而无轴承异步电机具有十分复杂的电磁关系，是一个多变量、强耦合的非线性系统，其径向力、转速、和磁链之间存在着复杂的耦合关系，要实现无轴承异步电机的稳定悬浮运行，以及在不同工况下的无级调速，必须对无轴承异步电机进行非线性解耦控制。

目前无轴承异步电机主要采用矢量控制，矢量控制是从电机电磁场理论出发,利用坐标变换,将无轴承异步电机模型等效为类似于直流电机的模型来进行控制。然而,矢量控制只能实现径向力、转速、和磁链之间的静态解耦控制,其动态响应性能还不能令人满意。为提高无轴承异步电机控制的动态性能,逆系统控制方法也被用于无轴承异步电机的控制,但其线性化解耦的实现,要求获得被控对象精确数学模型。而无轴承异步电机作为一个复杂的非线性系统,转子参数随各种工况变化十分显著,使逆系统方法难以在实际中真正得到应用。神经网络逆方法虽然解决了逆系统方法的不足，但神经网络逆控制方法存在局部极小问题，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无轴承异步电机解耦控制效果不佳。

为了从本质上改善无轴承异步电机对参数变化及扰动的鲁棒性和适应性，实现无轴承异步电机的径向力、转速和磁链的解耦控制，进而提高无轴承异步电机的悬浮运行性能，实现真正的高性能解耦运行，需采用新的控制技术和新的控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种既可实现负载条件下无轴承异步电机径向力、转速和磁链之间非线性解耦控制，又能有效地提高无轴承异步电机的各项控制性能指标，如动态响应速度、稳态跟踪精度及参数鲁棒性的无轴承异步电机支持向量机逆控制器的构造方法。

本发明的技术方案是采用如下步骤：1）先将两个Clark逆变换分别串接在相应的两个电流跟踪型逆变器之前，再将两个电流跟踪型逆变器分别串接在无轴承异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10个输入节点、4个输出节点的支持向量机加6个积分器s^-1构成支持向量机逆，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s^-1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s^-1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s^-1的输出为支持向量机的第八个输入，支持向量机的第九个输入为支持向量机逆的第四个输入，其经第六个积分器s^-1的输出为支持向量机的第十个输入，支持向量机的输出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，将支持向量机逆置于复合被控对象之前组成伪线性系统，伪线性系统等效为两个位移二阶积分型伪线性子系统、一个速度一阶积分型伪线性子系统以及一个磁链一阶积分型伪线性子系统；4）采用PID调节器设计方法对四个所述积分型伪线性子系统分别设计相应的两个位移调节器、一个速度调节器和一个磁链调节器；并由四个所述调节器构成线性闭环控制器；5）将线性闭环控制器串接在支持向量机逆之前、支持向量机逆串接在复合被控对象之前，由线性闭环控制器、支持向量机逆、两个Clark逆变换和两个电流跟踪型逆变器共同构成无轴承异步电机支持向量机逆解耦控制器。 

本发明的有益效果

1．通过构造支持向量机逆，将无轴承异步电机这一多变量、非线性、强耦合时变系统的控制转化为对两个位移二阶积分线性子系统、一个转速一阶积分线性子系统以及一个磁链一阶积分线性子系统的控制，利用PID调节器方法设计线性闭环控制器，从而实现了对径向力、转速和磁链之间的动态解耦，因而可以实现独立地对无轴承异步电机的位移系统、转速以及磁链的控制，获得无轴承异步电机的高性能运行控制。