[发明专利]一种三自由度混合磁轴承转子位移自检测方法

权利要求书

1.一种三自由度混合磁轴承转子位移自检测方法，其特征在于，所述的方法为：

步骤一、以磁轴承控制电流为输入样本，径向和轴向位移为输出样本，采集样本数据；

步骤二、选用混合核函数，通过粒子群算法优化支持向量机性能参数，利用训练样本和性能参数训练最小二乘支持向量机，建立非线性预测模型；所述的步骤二具体为：

2.1、将q/2组电流信号x_t＝[i_at,i_bt,i_ct,i_zt]，(t＝1,2,3...,q/2)分别输入到粒子群算法和支持向量机中，以此确定支持向量机中的混合核函数的参数；

2.2、将q/2组电流信号x_t＝[i_at,i_bt,i_ct,i_zt]，(t＝1,2,3...,q/2)输入到粒子群算法，采用粒子群算法对混合系数λ进行优化，保留性能指标最好的λ作为最优性能参数，再将性能指标最好的λ输入到支持向量机；

2.3、q/2组电流信号x_t＝[i_at,i_bt,i_ct,i_zt]，(t＝1,2,3...,q/2)输入到支持向量机，确定支持向量机中的混合核函数；

径向基核函数为K_l＝exp(-x-x_t²/2δ²)，(t＝1,2,3...,q/2)，其中，x是输入的电流信号，x_t是训练样本集的输入电流信号，δ是核宽度，通过带入测试样本集的输入电流信号x_t＝[i_at,i_bt,i_ct,i_zt]，(t＝1,2,3...,q/2)可以得到核宽度δ分别取不同值时径向核函数的映射特性图，保留特性最好的一个δ构建径向基核函数K_l＝exp(-x-x_t²/2δ²)，(t＝1,2,3...,q/2)；

多项式核函数为K_g＝((x,x_t)+1)^e，(t＝1,2,3...,q/2)，其中，x是输入的电流信号，x_t是训练样本集的输入电流信号，e是指数，通过带入测试样本集的输入电流信号x_t＝[i_at,i_bt,i_ct,i_zt]，(t＝1,2,3...,q/2)可以得到多项式核函数在指数e分别取不同值时的映射特性图，保留特性最好的一个e构建多项式核函数K_g＝((x,x_t)+1)^e，(t＝1,2,3...,q/2)；

将最优径向基核函数与最优多项式核函数组成混合核函数K_m＝λK_l+(1-λ)K_g，(t＝1,2,3...,q/2)，其中的λ为获得的性能指标最优的混合系数；

2.4、将q/2组电流信号x_t＝[i_at,i_bt,i_ct,i_zt]，(t＝1,2,3...,q/2)和转子位移信号y_t＝[x_ft,y_ft,z_ft]，(t＝1,2,3...,q/2)带入到预测输出函数中，获得相应的支持向量系数a_t，(t＝1,2,3...,q/2)和阈值b，进而建立起反映磁轴承电流-位移关系的支持向量机位移预测模型，就可以根据模型当前输入x辨识输出位移的预测输出为其中K_m为混合核函数，K_m＝λexp(-x-x_t²/2δ²)+(1-λ)((x,x_t)+1)^e，(t＝1,2,3...,q/2)，λ为混合系数；

所述的粒子群算法中，每一个样本代表一个粒子，设群体规模为q/2，第q/2个样本代表第q/2个粒子，在一个D维的目标搜索空间中，每个粒子的坐标位置向量表示为速度向量表示为粒子个体的个体极值记为表示粒子自身搜索到的最佳位置，粒子群的全局极值记为即当前粒子群搜索到的最佳位置；其中，对粒子群算法进行优化步骤如下：

1)初始化例子群，计算适应度函数值；

2)在粒子群算法的实施过程中，当算法迟迟得不到的更优的当前最优解时，加入一定量的常数扰动，使惯性权重在某次迭代时突然增大，以便于跳出局部搜索，进行全局搜索，从而防止局部收敛；对于增加扰动的惯性权重的线性递减粒子群算法，具体的引入惯性权重系数的粒子群算法更新迭代计算公式如下式所述：

A_s∈{0,0.1}

式中，t＝1,2,…,q/2表示粒子的序号；s表示粒子的第s维，s＝1,2,...,D；d表示迭代次数；c₁,c₂为加速常数，在0～2之间取值；rand为区间(0,1)的随机实数；ω_max为初始的最大惯性权重；ω_k为惯性权重系数的递减斜率；A_s为惯性权重扰动常数，在10％的扰动概率下，A_s＝0.1，其余，A_s＝0；

3)其动态自适应的改变惯性权重系数：在40％的概率下，对于增加扰动的性权重线性递减粒子群算法得到的惯性权重乘以一个固定范围内的系数，该系数r在0.9-1.1区间内，即r属于[0.9,1.1]，具体的动态自适应的改变惯性权重系数的粒子群算法更新迭代计算公式如下式所述：

A_s∈{0,0.1}

4)引入随机个体以保持粒子群多样性：由粒子群更新的方式可知，粒子群算法在迭代过程中，使所有个体都靠近最优粒子，致使粒子群粒子聚集而损失多样性；在30％的概率下，将解空间里的某一随机个体与粒子群算法得到的粒子进行相应替换；

5)获得目前最优位置，更新粒子位置，判断是否满足停止迭代条件，若不满足则更新粒子位置，重新计算适应度函数值，若满足停止迭代条件，则获得最优解并输出最优解；

步骤三、将预测模型串与线性闭环控制器相连，加上扩展的电流滞环三相功率逆变器和开关功率放大器共同构成磁轴承位移闭环控制，实现三自由度交流混合磁轴承无位移传感器自检测。