[发明专利]无轴承异步电机悬浮系统容错控制器及其构造方法

说明书

技术领域

本发明属于特种电气传动技术领域，具体涉及无轴承异步电机悬浮系统的容错控制器，是一种基于双支持向量机逆模型的无轴承异步电机悬浮系统容错控制器。

背景技术

无轴承异步电机是将磁悬浮技术与传统异步电机有机结合的新型特种电机，兼有异步电机和磁轴承的优点，既有结构简单，运行可靠，成本低廉等优势，又避免了机械轴承的润滑、磨损和噪声等问题。无轴承异步电机可以满足现代工业、医药、军事等特殊领域对（超）高速、无摩擦、无磨损、无需润滑、免维护的高性能特种电力传动系统的要求。然而，随着无轴承异步电机在特种驱动/传动领域中的应用越来越广泛，其可靠性问题日益突出，因此研究并提高无轴承异步电机，特别是其悬浮系统的可靠性的策略，减少或避免因故障造成的损失，是本领域急需解决的问题。

支持向量机逆系统方法是利用支持向量机对非线性系统的逼近能力，构建非线性系统的逆模型，并串联于原系统之前，实现原系统的解耦控制，从而获得高品质的控制效果。然而该方法只能实现系统正常情况下的解耦控制，对于系统带故障运行的情况却无法完成解耦控制，因此有必要寻求支持向量机逆新的扩展形式或方法来实现非线性系统，诸如无轴承异步电机悬浮系统在正常和故障工况下的解耦控制。

发明内容

本发明的目的是为了实现无轴承异步电机悬浮系统的容错解耦控制，提高无轴承异步电机悬浮系统的可靠性，提供一种基于双支持向量机逆模型的无轴承异步电机悬浮系统容错控制器及其构造方法。

本发明无轴承异步电机悬浮系统容错控制器采用的技术方案是：由线性闭环控制器串接在逆模型库之前共同组成，所述线性闭环控制器由两个附加控制器并联组成，所述逆模型库串接在复合被控对象之前构成伪线性系统，伪线性系统等效为两个二阶位移线性子系统，复合被控对象由Park逆变换、Clark逆变换、电流跟踪型逆变器和被控的无轴承异步电机悬浮系统依次串接组成，所述逆模型库由正常逆模型和故障逆模型并联组成，正常逆模型由第一支持向量机和四个积分器组成，故障逆模型由第二支持向量机和另四个积分器组成，复合被控对象还通过故障检测切换模块连接逆模型库。

本发明无轴承异步电机悬浮系统容错控制器的构造方法的技术方案是依次采用如下步骤：

 A、将Park逆变换、Clark逆变换、电流跟踪型逆变器与无轴承异步电机悬浮系统依次串接组成复合被控对象，该复合被控对象以两个电流                                                信号作为输入，以转子径向位移x、y信号作为输出；

B、建立无轴承异步电机悬浮系统的数学模型，经过坐标变换和线性放大，得到复合被控对象的数学模型，对该数学模型进行可逆性分析，经推导证明存在逆模型；

C、采用第一支持向量机加4个积分器构造正常逆模型，采用第二支持向量机加另4个积分器构造故障逆模型，将正常逆模型和故障逆模型一起构成逆模型库，逆模型库输入为转子径向位移x、y信号，输出为两个电流信号；

D、在无轴承异步电机正常运行或带故障运行的两种情况下，分别确定第一支持向量机或第二支持向量机的向量系数和阈值；

E、利用故障检测切换模块检测复合被控对象的运行状态，当无故障时，选择正常逆模型作为复合被控对象的逆模型，当出现故障时，选择故障逆模型作为复合被控对象的逆模型；

F、将逆模型库串联于复合被控对象之前组成伪线性系统，伪线性系统被线性化解耦为2个二阶单输入单输出的位移线性子系统；对2个二阶位移线性子系统分别引入2个附加控制器构造线性闭环控制器；

G、将线性闭环控制器和逆模型库共同构成支持向量机逆容错控制器。

 本发明的有益效果是：

1、本发明通过构造无轴承异步电机悬浮系统的双支持向量机逆模型，在正常和带故障运行条件下，将无轴承异步电机悬浮系统这一多变量、非线性时变系统解耦成两个单输入单输出线性位移子系统，实现了无轴承异步电机悬浮系统的非线性解耦控制。

2、本发明利用支持向量机对非线性函数的回归能力，辨识无轴承异步电机悬浮系统的正常逆模型和故障逆模型，不但解决了逆系统方法求取逆模型的缺陷，而且克服了神经网络在辨识逆模型过程中存在诸多不足之处，具有很好的容错性和鲁棒性，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1是由Park逆变换11、Clark逆变换12、电流跟踪型逆变器13和被控的无轴承异步电机悬浮系统14等效成的复合被控对象1；