[发明专利]两电机变频调速系统的支持向量机逆控制器及其构造方法

说明书

技术领域

本发明是一种两电机变频调速系统的支持向量机逆控制器及其构造方法，适用于两台矢量控制变频器驱动两台感应电机带动共同负载(如带状性负载)的高性能协调控制，属于电力传动控制设备的技术领域。

背景技术

近年来，随着工业生产自动化程度的提高和生产规模的扩大，对各种机械性能和产品质量的要求不断提高，要求控制两台甚至多台电机，以相同的速度协调运行。从我国目前的张力设备来看，绝大部分仍采用模拟量张力型直流传动方式，但直流电机存在性能价格比差、维护费用高、转速低和容量小等诸多难以克服的缺点。而现在随着交流调速技术的不断发展，已经达到了直流调速的性能，所以用交流电机来代替直流电机驱动系统已成为必然和工业应用的主流。由于以恒压频比方式工作的通用矢量控制变频器体积小、重量轻、有较好的调速性能、可靠性高且价格低，采用这样的通用矢量控制变频器来直接驱动感应电机在工业生产领域中应用已很广泛。因而，采用两台矢量控制变频器驱动两台感应电机带动共同负载已逐渐成为可能。但是很难控制好两台矢量控制变频器使两台感应电机带动共同负载以同一个速度实现高性能的协调运行，同时又能很好地控制传送带的张力。像这样由两台矢量控制变频器驱动两台感应电机并带动共同负载就构成了两电机矢量控制变频调速系统。由于两电机矢量控制变频调速系统的被控量通常是传送带的速度和传送带的张力，因而两台感应电机可以看成一台是主感应电机，另一台是从感应电机。一般主感应电机控制两电机矢量控制变频调速系统的速度(如传送带的速度)，从感应电机控制两电机矢量控制变频调速系统的张力(如传送带的张力)。由于两电机矢量控制变频调速系统是高阶、强耦合、非线性的复杂控制对象，这使传统的线性定参数PID控制常常顾此失彼，无法达到满意的控制效果，同时工业生产要求实现张力与速度的解耦控制，这就更增加了控制的难度。因此如何去控制两电机矢量控制变频调速系统，让其更好地协调运行，通过速度和张力的解耦控制来实现高性能的协调控制，是一个急待解决的问题。支持向量机是一种建立在统计学习理论基础上的机器学习方法，该方法具有坚实的数学和理论基础。支持向量机结构简单，性能优良，尤其是泛化能力明显提高，适合处理高维数据以及非线性问题。支持向量机算法最终转化为一个二次型寻优问题，理论上得到的解是全局最优解，解决了局部极值问题。因此，近年来受到了广泛的关注，主要应用于模式识别领域。基于支持向量机的控制算法近年来也取得了较大的发展，但未见应用于两电机变频调速系统中。

发明内容

本发明的目的是提供一种运用支持向量机逆系统，通过速度和张力之间解耦使两电机矢量控制变频调速系统实现高性能的协调运行，同时又能很好地控制好张力、易于实现的两电机矢量控制变频调速系统的协调控制器。

本发明的另一目的是提供一种运用支持向量机逆系统的两电机矢量控制变频调速系统的协调控制器的构造方法。

本发明两电机变频调速系统的支持向量机逆控制器采用的技术方案是：包括被控的两台变频器分别连接两台感应电机，两台感应电机通过传送带连接共同负载：支持向量机逆与线性闭环控制器相连接，所述支持向量机逆与线性闭环控制器相串接形成支持向量机逆协调控制器，其中支持向量机逆用支持向量机加3个积分构成，线性闭环控制器由速度控制器和张力控制器构成，速度控制器和张力控制器是由线性系统的设计方法对伪线性系统分别作出；伪线性系统由两个已解耦的速度子系统和张力子系统组成，两电机矢量控制变频调速系统由变频器、两台感应电机及共同负载作为一个整体组成，支持向量机逆连接于所述的两电机矢量控制变频调速系统前，支持向量机逆和两电机矢量控制变频调速系统共同组成等效的伪线性系统。

本发明两电机变频调速系统的支持向量机逆控制器及其构造方法采用的技术方案是依次包括如下步骤：①组成两电机矢量控制变频调速系统；②作整个两电机矢量控制变频调速系统的等效，输入变量为两台变频器的速度给定，输出变量为两电机矢量控制变频调速系统的速度和系统的张力，得到整个两电机矢量控制变频调速系统的数学模型为静止两相坐标系下的三阶微分方程，速度相对阶数为一阶，张力相对阶数为二阶，确定其逆系统的输入变量为转速的一阶导数和张力的二阶导数、输出变量两电机矢量控制变频调速系统的输入；③构造支持向量机逆；④将阶跃激励信号加到两变频调速电机系统的输入端；采集激励信号、实际转速与张力；对实际转速信号进行离线求一阶导数和张力信号进行离线求一、二导数；用构成的训练样本集对支持向量机进行训练以确定支持向量机的向量系数和阀值；⑤形成速度子系统和张力子系统；⑥作出闭环控制器后与支持向量机逆相串接构成支持向量机逆协调控制器。