[发明专利]一种无轴承永磁同步电机解耦控制器的构造方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于支持向量机逆的无轴承永磁同步电机控制系统，具体是无轴承永磁同步电机解耦控制器的构造方法，适用于无轴承永磁同步电机的高性能控制，属于电力传动控制设备的技术领域。

背景技术

无轴承永磁同步电机是将无轴承技术应用于普通永磁同步电机的一种新型电机，在永磁同步电机基础上，将产生径向悬浮力的磁轴承绕组（线圈）和电机定子绕组叠压在一起，实现电机的无轴承化。无轴承永磁同步电机不仅具有永磁同步电机效率高、功率因数高、体积小、重量轻、控制性能好等优点，而且具有磁轴承无摩擦、无磨损、不需润滑、高转高精等优点，从而使其在生物医药、航空航天、半导体制造等特殊领域具有广泛的应用前景。然而无轴承永磁同步电机具有十分复杂的电磁关系，是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统，其二自由度径向悬浮力之间，以及径向悬浮力和转速之间存在着复杂的耦合关系，要实现无轴承永磁同步电机的稳定悬浮运行，以及在不同工况下的无级调速，必须对无轴承永磁同步电机进行非线性解耦控制。

目前无轴承永磁同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，将无轴承永磁同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，矢量控制只能实现二自由度径向悬浮力之间，以及径向悬浮力和转速之间的静态解耦控制。为提高无轴承永磁同步电机控制的动态性能，逆系统及微分几何控制方法也被用于无轴承永磁同步电机的控制，但其线性化解耦的实现,要求获得被控对象精确数学模型。而无轴承永磁同步电机作为一个复杂的非线性系统，电机参数在各种工况下变化十分显著，使逆系统和微分几何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中逆模型难以求取的棘手问题，但神经网络存在局部极小问题，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永磁同步电机解耦控制效果不理想。

为了从本质上提高无轴承永磁同步电机系统的适应性和鲁棒性，实现无轴承永磁同步电机的二自由度径向悬浮力之间，以及径向悬浮力和转速之间的动态解耦控制，进而提高无轴承永磁同步电机的悬浮运行性能，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永磁同步电机二自由度径向悬浮力之间，以及径向悬浮力和转速之间非线性解耦控制，又能有效地提高无轴承永磁同步电机的各项控制性能指标，如稳态跟踪精度、动态响应速度及参数鲁棒性的无轴承永磁同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对应的两个电流跟踪型逆变器之间，再将两个电流跟踪型逆变器分别串接在与无轴承永磁同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8个输入节点、4个输出节点的支持向量机加5个积分器s^-1构造支持向量机逆，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，支持向量机的输出是支持向量机逆的输出；3）调整并确定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和一个速度一阶积分型伪线性子系统，对三个积分型伪线性子系统分别设计相应的两个位移调节器和一个速度调节器；由两个位移调节器和一个速度调节器构成线性闭环控制器；4）将线性闭环控制器串接在支持向量机逆之前，由线性闭环控制器、支持向量机逆和两个Clark逆变换、两个电流跟踪型逆变器共同构成无轴承永磁同步电机支持向量机逆控制器。

本发明的有益效果是：

1．通过构造支持向量机逆，将无轴承永磁同步电机这一多变量、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和一个转速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，从而实现了对二自由度径向悬浮力之间，以及径向悬浮力和转速之间的动态解耦，因而可以实现独立地对无轴承永磁同步电机的二自由度位移系统和转速的控制，获得无轴承永磁同步电机的高性能运行控制。