一種超聲波電機適應(yīng)性遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機控制器領(lǐng)域，特別是一種超聲波電機適應(yīng)性遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的超聲波電機遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，電機轉(zhuǎn)子位置開始脫離參考命令 時，遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將隨誤差的增大自動調(diào)整輸入頻率從而影響控制電流。在受控系統(tǒng)有 參數(shù)變化和外來負載干擾時，此誤差驅(qū)動的遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器會降低上述兩者對受控 系統(tǒng)跟隨性能的影響。因此電機的位置與速度控制可以獲得較好的動態(tài)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波電機適應(yīng)性遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，以克服 現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種超聲波電機適應(yīng)性遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 控制系統(tǒng)，包括：一基座以及設(shè)置于該基座上的超聲波電機，所述超聲波電機一側(cè)輸出軸與 一光電編碼器相連接，所述超聲波電機另一側(cè)輸出軸與一飛輪慣性負載一端相連接；所述 飛輪慣性負載的輸出軸經(jīng)一彈性聯(lián)軸器與一力矩傳感器相連接；所述光電編碼器的信號輸 出端以及所述力矩傳感器的信號輸出端均連接至一控制系統(tǒng)；所述超聲波電機、所述光電 編碼器以及所述力矩傳感器分別對應(yīng)經(jīng)超聲波電機固定支架、光電編碼器固定支架以及力 矩傳感器固定支架固定于所述基座上。
[0005] 在本發(fā)明一實施例中，所述控制系統(tǒng)包括一超聲波電機驅(qū)動控制電路；所述超聲 波電機驅(qū)動控制電路包括一控制芯片電路以及一驅(qū)動芯片電路；所述光電編碼器的信號輸 出端與所述控制芯片電路的輸入端相連接；所述控制芯片電路的輸出端與所述驅(qū)動芯片電 路的輸入端相連接，以驅(qū)動所述驅(qū)動芯片電路；所述驅(qū)動芯片電路的驅(qū)動頻率調(diào)節(jié)信號輸 出端以及驅(qū)動半橋電路調(diào)節(jié)信號輸出端分別對應(yīng)與所述超聲波電機輸入端相連接；所述驅(qū) 動芯片電路產(chǎn)生驅(qū)動頻率調(diào)節(jié)信號以及驅(qū)動半橋電路調(diào)節(jié)信號，對輸出至所述超聲波電機 A、B兩相PffM的頻率、相位及通斷進行控制。
[0006] 在本發(fā)明一實施例中，所述控制系統(tǒng)中的控制芯片電路通過遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估測 器估測所述控制系統(tǒng)的未知動態(tài)函數(shù)，并通過遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制所述超聲波電機轉(zhuǎn)子的 旋轉(zhuǎn)角度，且通過李亞普諾夫函數(shù)獲取所述遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估測器的適應(yīng)性學習法則，以 確保遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。
[0007] 在本發(fā)明一實施例中，所述遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估測器的適應(yīng)性學習法則如下：
[0008]
[0009]
[0010]
[0011]
[0012] 強健性控制器為：
[0013] 適應(yīng)性總集不確定項估測值為：:
[0014] 李亞普諾夫函數(shù)的微分為：
[0016] 總集不確定項：
[0018] 超聲波電機驅(qū)動系統(tǒng)的閉回路動態(tài)方程：
[0020] 其中，η。n2、n3、n4以及η 5為正常數(shù)，為總集不確定項h的在線估測 值；誤差函數(shù)印）=汾:⑴，m誤差e(t) = θηα)-θr(t)，θηα)為控制信號， Θ Jt)為測量信號；Ap= -B/J，B P= J/K t>0, Cp= -1/J ;Β為阻尼系數(shù)，J為轉(zhuǎn)動慣量，K ,為 電流因子，Tf(V)為摩擦阻力力矩，IY為負載力矩；U(t)為所述超聲波電機的輸出力矩，且
心為一個正常數(shù)項，u ^為控制器，^為所述遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出；
[0021] 記所述控制系統(tǒng)的未知動態(tài)函數(shù)為y，估測誤差：
[0022]
[0023] ε y為最小重建誤差；Wi為遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)重的理想值，P為遞歸式 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)重的估測值；d' /以及^分別為d、V以及r的理想?yún)?shù)值，其中d、 V分別為遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所用高斯函數(shù)的寬度以及中心，r為遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的反 饋增益；；? .、?以及；^為理想?yún)?shù)值（cf，/和r 〇的估測值；令

[0024]
[0025] 所述遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分線性化后的泰勒展開式為：
正的有界值。
[0028] 在本發(fā)明一實施例中，所述遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所采用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括：輸入層、隱藏 層以及輸出層，且高斯函數(shù)為隱藏層的觸發(fā)函數(shù)。
[0029] 在本發(fā)明一實施例中，所述遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)每一層網(wǎng)絡(luò)信號傳遞過程以及基本函 數(shù)如下：
[0030] 第一層：輸入層有i個神經(jīng)元節(jié)點
[0031]
[0032]
[0033] 其中，X)表示輸入層第i個神經(jīng)元節(jié)點的輸入訊號；0表示輸入層第i個節(jié)點所 對應(yīng)的輸出；真表示激發(fā)函數(shù)；N為類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的迭代次數(shù)；
[0034] 第二層：隱藏層有m個神經(jīng)元節(jié)點
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 并且 CN 105159091 A m ~P 4/9 頁
[0039]
[0040] 其中，vk為高斯函數(shù)的中心；δ k為高斯函數(shù)的寬度；Θ k(N)表示隱藏層第k個節(jié) 點所對應(yīng)的輸出；表示激發(fā)函數(shù)；k為自然數(shù)；
[0041] 第三層：輸出層有k個節(jié)點
[0042]
[0043]
[0044] 其中，^表示隱藏層節(jié)點k與輸出層間的連結(jié)權(quán)重值；Z(N)表示輸出層第k個節(jié) 點所對應(yīng)的輸出；f 3(g)表示單位激發(fā)函數(shù)。
[0045] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下特性：本發(fā)明所提出的一種超聲波電機適應(yīng)性 遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不僅控制準確度高，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，使用效果好。
【附圖說明】
[0046] 圖1是本發(fā)明一種超聲波電機適應(yīng)性遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖2是本發(fā)明一種超聲波電機適應(yīng)性遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中控制芯片電路 原理圖。
[0048] 圖中，1-光電編碼器，2-光電編碼器固定支架，3-超聲波電機輸出軸，4-超聲波電 機，5-超聲波電機固定支架，6-超聲波電機輸出軸，7-飛輪慣性負載，8-飛輪慣性負載輸出 軸，9-彈性聯(lián)軸器，10-力矩傳感器，11-力矩傳感器固定支架，12-基座，13-控制芯片電路， 14-驅(qū)動芯片電路，15、16、17-光電編碼器輸出的A、B、Z相信號，18、19、20、21-驅(qū)動芯片電 路產(chǎn)生的驅(qū)動頻率調(diào)節(jié)信號，22-驅(qū)動芯片電路產(chǎn)生的驅(qū)動半橋電路調(diào)節(jié)信號，23、24、25、 26、27、28_控制芯片電路產(chǎn)生的驅(qū)動芯片電路的信號，29-超聲波電機驅(qū)動控制電路。
【具體實施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行具體說明。
[0050] 本發(fā)明提供一種超聲波電機適應(yīng)性遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括： 以及一基座12以及設(shè)置于該基座12上的超聲波電機4,所述超聲波電機4 一側(cè)輸出軸3與 一光電編碼器1相連接，所述超聲波電機4另一側(cè)輸出軸6與一飛輪慣性負載7 -端相連 接；所述飛輪慣性負載7的輸出軸8經(jīng)一彈性聯(lián)軸器9與一力矩傳感器10相連接；所述光 電編碼器1的信號輸出端以及所述力矩傳感器的10信號輸出端均連接至一控制系統(tǒng)；所述 超聲波電機4、所述光電編碼器1以及所述力矩傳感器10分別對應(yīng)經(jīng)超聲波電機固定支架 5、光電編碼器固定支架2以及力矩傳感器固定支架11固定于所述基座上。
[0051] 進一步的，在本實施例中，如圖2所示，所述控制系統(tǒng)包括一超聲波電機驅(qū)動控制 電路29 ;所述超聲波電機驅(qū)動控制電路29包括一控制芯片電路13以及一驅(qū)動芯片電路 14 ;所述光電編碼器4的信號輸出端與所述控制芯片電路13的輸入端相連接；所述控制芯 片電路13的輸出端與所述驅(qū)動芯片14電路的輸入端相連接，以驅(qū)動所述驅(qū)動芯片電路14 ; 所述驅(qū)動芯片電路14的驅(qū)動頻率調(diào)節(jié)信號輸出端以及驅(qū)動半橋電路調(diào)節(jié)信號輸出端分別 對應(yīng)與所述超聲波電機4輸入端相連接；所述驅(qū)動芯片電路14產(chǎn)生驅(qū)動頻率調(diào)節(jié)信號以及 驅(qū)動半橋電路調(diào)節(jié)信號，對輸出至所述超聲波電機A、B兩相PffM的頻率、相位及通斷進行控 制，通過開通及關(guān)斷PWM波的輸出來控制超聲波電機的啟動和停止運行，通過調(diào)節(jié)輸出的 PWM波的頻率及兩相的相位差來調(diào)節(jié)電機的最佳運行狀態(tài)。
[0052] 進一步的，在本實施例中，所述控制系統(tǒng)中的控制芯片電路通過搭載于控制芯片 電路中的遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估測器估測所述控制系統(tǒng)的未知動態(tài)函數(shù)，并通過遞歸式神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)控制所述超聲波電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，且通過李亞普諾夫函數(shù)獲取所述遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 估測器的適應(yīng)性學習法則，以確保遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。
[0053] 進一步的，在本實施例中，將超聲波電機驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)方程記為：
[0054]
[0055] 其中Ap= -B/J，B P= J/K t>0, Cp= -1/J ;B為阻尼系數(shù)，J為轉(zhuǎn)動慣量，K t為電流 因子，Tf(V)為摩擦阻力力矩，?；為負載力矩，U(t)為超聲波電機的輸出力矩。
[0056] 誤差
為控制信號，Θ Jt)為測量信號。
[0057] 選取誤差函數(shù)
[0058] 對誤差函數(shù)進行微分，得到下式：
[0059]
[0060] 記未知的非線性函數(shù)y，也即控制系統(tǒng)的未知動態(tài)函數(shù)y為：
[0061]
[0062] 遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用來估測此未知的y。由遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出$，并無法精確的 估測出y。在本實施例中，采用控制器W來減少估測的誤差和交叉耦合干擾所引起的干擾， 為在線調(diào)整遞歸式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接