專利名稱：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦控制方法。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(jī)具有體積小、功率密度高、效率高等特點(diǎn)，逐漸成為伺服電機(jī)的主流，在運(yùn)動(dòng)和控制等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。近年來，許多非線性系統(tǒng)的新的控制方法用于永磁同步電機(jī)的解耦控制，如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，滑模控制，自適應(yīng)控制，滑模變結(jié)構(gòu)控制，逆系統(tǒng)解耦控制等。前饋控制方法因其結(jié)構(gòu)簡單，也得到了廣泛的應(yīng)用，異步電機(jī)的定子電壓的解耦單元，永磁同步電機(jī)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩脫鉤，永磁同步電機(jī)增大的轉(zhuǎn)速與電流的解耦等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(簡稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))是一種動(dòng)態(tài)(非靜態(tài))非線性網(wǎng)絡(luò)，由于其類似“生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”特殊的結(jié)構(gòu)，使其具有許多優(yōu)點(diǎn):可以以任意精度逼近任意復(fù)雜的靜態(tài)非線性映射(函數(shù))；可以學(xué)習(xí)并適應(yīng)未知或不確定的系統(tǒng)；可采用并行分布處理方法，使得快速進(jìn)行大量運(yùn)算成為可能；具有較強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性。目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正被逐步應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的控制中。一種簡單的靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由輸入層、隱含層和輸出層組成，各層中包含若干個(gè)神經(jīng)元，相鄰兩層神經(jīng)元間通過可調(diào)權(quán)值(稱為“聯(lián)接權(quán)系數(shù)”)相聯(lián)接，信息由輸入層依次向隱含層傳遞，直至輸出層。

由于定子電阻會(huì)隨著電機(jī)溫度變化而發(fā)生變化，導(dǎo)致控制系統(tǒng)在低速運(yùn)行時(shí)控制效果不理想，現(xiàn)已有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上，采用單隱層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線訓(xùn)練，然后利用參考模型與系統(tǒng)輸出誤差在線調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接權(quán)值，達(dá)到動(dòng)態(tài)解耦的目的，并實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效控制。結(jié)果表明，該控制策略能夠在參數(shù)變化的情況下漸近跟蹤給定的轉(zhuǎn)速和磁鏈，實(shí)現(xiàn)了兩者之間的動(dòng)態(tài)解耦，且對(duì)電機(jī)的參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦控制方法，其包括以下步驟:步驟一、根據(jù)前饋解耦控制方法推導(dǎo)出前饋解耦補(bǔ)償器輸出函數(shù)；步驟二，根據(jù)所述前饋解耦補(bǔ)償器輸出函數(shù)采集所需要數(shù)據(jù)，進(jìn)而離線訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到前饋補(bǔ)償神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)；步驟三、通過參考模型輸出與系統(tǒng)輸出誤差在線調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第二層的連接權(quán)值，進(jìn)行永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)解耦。其中，所述前饋解耦補(bǔ)償器輸出函數(shù)為:
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}}2ν t其中，U1和U2分別為兩個(gè)前向通道的輸入信號(hào)，ei和e2為分別為兩個(gè)前向通道的調(diào)整誤差；yt為第一個(gè)前向通道參考模型輸出，y&為第一個(gè)前向通道參考模型輸出。其中，根據(jù)所述前饋解耦補(bǔ)償器輸出函數(shù)采集所需要數(shù)據(jù)包括:通離線采集定子電壓的d軸和q軸分量、轉(zhuǎn)速和定子磁鏈參考模型輸出及轉(zhuǎn)速和定子磁鏈參考模型輸出與實(shí)際輸出誤差，其中定子電壓的d軸和q軸分量為輸入信號(hào)。其中，采集所需要的數(shù)據(jù)時(shí)，為了能夠同時(shí)獲得永磁同步電機(jī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，輸入信號(hào)應(yīng)盡可能大覆蓋電機(jī)的工作區(qū)域，使用隨機(jī)信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)，從而使得原系統(tǒng)充分激勵(lì)。其中，對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)分別進(jìn)行歸一化和反歸一化，使得所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出訓(xùn)練數(shù)據(jù)均在[-1，+1]的范圍內(nèi)。其中，使用以下公式對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值進(jìn)行在線調(diào)整:Vjl (k+1) =Vj1 (k) + η θ! (k)Vj2 (k+1) =Vj2 (k) + Π e2 (k)其中，Vjl (k+1)為 k+1時(shí)刻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，VjlGO為k時(shí)刻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，其中j為隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)，其為自然數(shù)，ei(k)是定子磁鏈參考模型與系統(tǒng)磁鏈輸出誤差，e2(k)轉(zhuǎn)速參考模型輸出與系統(tǒng)轉(zhuǎn)速輸出誤差，H為學(xué)習(xí)率，取負(fù)值，絕對(duì)值一般小于0.5。其中，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為單隱層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。


圖1為與現(xiàn)有技術(shù)一致的前饋解耦控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖2為與本發(fā)明實(shí)施例一致的基于前饋解耦的永磁同步電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線調(diào)整結(jié)構(gòu)；圖3為與本發(fā)明實(shí)施例一致的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線調(diào)整結(jié)構(gòu)；圖4為與本發(fā)明實(shí)施例一致的定子電阻變化曲線；圖5a.為與本發(fā)明實(shí)施例一致的PID控制下轉(zhuǎn)速跟蹤視圖；圖5b.為與本發(fā)明實(shí)施例一致的基于前饋解耦的在線調(diào)整的轉(zhuǎn)速跟蹤視圖；圖6a.為與本發(fā)明實(shí)施例一致的PID控制下定子磁鏈跟蹤視圖；圖6b.為與本發(fā)明實(shí)施例一致的基于前饋解耦在線調(diào)整的定子磁鏈跟蹤視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以三相6極永磁同步電機(jī)為例說明1、建立永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型電壓方程
RJj+ PVj—CO
=^+ZVlj +^r %(2>磁鏈方程
權(quán)利要求
1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦控制方法，其包括: 步驟一、根據(jù)前饋解耦控制方法推導(dǎo)出前饋解耦補(bǔ)償器輸出函數(shù)； 步驟二，根據(jù)所述前饋解耦補(bǔ)償器輸出函數(shù)采集所需要數(shù)據(jù)，進(jìn)而離線訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到前饋補(bǔ)償神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)； 步驟三、通過參考模型輸出與系統(tǒng)輸出誤差在線調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第二層的連接權(quán)值，進(jìn)行永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)解耦。
2.如權(quán)利要求1所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦控制方法，所述前饋解耦補(bǔ)償器輸出函數(shù)為:
3.如權(quán)利要求2所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦控制方法，其中根據(jù)所述前饋解耦補(bǔ)償器輸出函數(shù)采集所需要數(shù)據(jù)包括:通離線采集定子電壓的d軸和q軸分量、轉(zhuǎn)速和定子磁鏈參考模型輸出及轉(zhuǎn)速和定子磁鏈參考模型輸出與實(shí)際輸出誤差，其中定子電壓的d軸和q軸分量為輸入信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦控制方法，其中采集所需要的數(shù)據(jù)時(shí)，為了能夠同時(shí)獲得永磁同步電機(jī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，輸入信號(hào)應(yīng)盡可能大覆蓋電機(jī)的工作區(qū)域，使用隨機(jī)信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)，從而使得原系統(tǒng)充分激勵(lì)。
5.如權(quán)利要求1所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦控制方法，其中對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)分別進(jìn)行歸一化和反歸一化，使得所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出訓(xùn)練數(shù)據(jù)均在[-1，+1]的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦控制方法，其中使用以下公式對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值進(jìn)行在線調(diào)整:Vj1 (k+1) =Vj1QO+ rIe1QO Vj2 (k+1) =ν」2 (k) + n e2 (k) 其中，Vjl (k+1)為k+1時(shí)刻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，VjlGO為k時(shí)刻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，其中j為隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)，其為自然數(shù)，ei(k)是定子磁鏈參考模型與系統(tǒng)磁鏈輸出誤差，e2(k)轉(zhuǎn)速參考模型輸出與系統(tǒng)轉(zhuǎn)速輸出誤差，H為學(xué)習(xí)率，取負(fù)值，絕對(duì)值一般小于0.5。
7.如權(quán)利要求1至6任意一個(gè)所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦控制方法，其中所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為單隱層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的永磁同步電機(jī)前饋解耦方法，其包括步驟一、根據(jù)前饋解耦控制方法推導(dǎo)出前饋解耦補(bǔ)償器輸出函數(shù)；步驟二，根據(jù)所述前饋解耦補(bǔ)償器輸出函數(shù)采集所需要數(shù)據(jù)，進(jìn)而離線訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到前饋補(bǔ)償神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)；步驟三、通過參考模型輸出與系統(tǒng)輸出誤差在線調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第二層的連接權(quán)值，進(jìn)行永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)解耦。通過本發(fā)明保證了系統(tǒng)的魯棒性及穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02P21/00GK103219936SQ20131001635
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者劉國海, 王朝霞, 梅從立, 于霜, 丁煜寒 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江市江大科技有限責(zé)任公司, 江蘇大學(xué)