[发明专利]基于支持向量机逆的无轴承异步电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于支持向量机逆的无轴承异步电机控制系统，适用于无轴承异步电机的高性能解耦控制。无轴承异步电机在机床高速电主轴、飞轮储能、涡轮分子泵、航空航天器等领域有广泛的应用前景，属于电力传动控制设备的技术领域。

背景技术

无轴承异步电机两套绕组（转矩控制绕组和悬浮控制绕组）的存在决定了电机内部存在着复杂的耦合关系。若要实现无轴承异步电机转子稳定悬浮和运行，必须对电机中的电磁转矩和径向悬浮力进行动态解耦控制。

目前针对无轴承异步电机的控制方法集中在磁场定向控制、微分几何控制和逆系统控制，其本质都属于解耦控制。其中，基于转矩控制绕组的磁场（包括转子磁场、定子磁场、气隙磁场）定向控制实际上是一种非全局性的解耦方法，当进行弱磁升速或为了提高功率因数而改变磁链幅值时，解耦条件将受到破坏，系统很难获得优良的动态性能；为提高无轴承异步电机的动态响应性能，微分几何控制和逆系统控制也被用于无轴承异步电机的控制中，微分几何控制需要用到抽象的几何知识，运算复杂，不易掌握，在实际工程中难以应用；逆系统控制是针对非线性系统提出的精确反馈线性化控制理论，理论上可以实现无轴承异步电机的动态解耦控制，但其解耦线性化的实现，要求获得被控对象的精确数学模型。神经网络逆解耦控制虽能够在解析逆难以获取的情况下实现系统的动态解耦，但存在学习速度慢、网络结构不易优化等缺陷，同时对数据处理器的运算速度有较高的要求。支持向量机克服了神经网络等学习方法的局部极点小、过学习以及结构和类型的选择过于依赖经验等固有缺陷，具有结构简单、拟合能力强的优点，能够进行精确的逆模型辨识，广泛应用于模式识别领域。内模控制具有结构简单、对模型精度要求低、参数整定方便、鲁棒性强、能够消除不可测干扰的优点。多内模切换控制是基本内模控制方法的一种拓展，它针对被控对象建立多个与之近似的数学模型作为控制系统的内部模型，对应每个内部模型设计一个内模控制器，在每个采样周期结束后，通过性能指标函数判断出当前最优模型，并将对应的控制器切换为当前控制器。与传统内模控制相比，多内模切换控制可以提高控制系统的控制精度和全局稳定性。因此，将逆系统理论，支持向量机理论和多内模切换控制理论相结合，可提高无轴承异步电机的控制性能。

发明内容

本发明的目的是提供的一种基于支持向量机逆的无轴承异步电机控制系统，该控制方法不依赖于无轴承异步电机的精确数学模型，采用多内模切换控制，能在线辨识系统的等效模型，对外部摄动和电机参数漂移有很强的鲁棒性，能够实现无轴承异步电机电磁转矩和径向悬浮力、以及径向悬浮力的两个互相垂直分量之间的解耦，使系统获得良好的跟随性和抗扰性，满足了无轴承异步电机高性能控制的要求，扩大了无轴承异步电机在实际工业领域的应用空间。

实现上述目的的技术方案是：基于支持向量机逆的无轴承异步电机控制系统，由闭环控制器、支持向量机逆模型、第一和第二扩展的电流滞环逆变器及两自由度无轴承异步电机组成；所述第一和第二扩展的电流滞环逆变器串接在两自由度无轴承异步电机之前，构成复合被控对象，所述支持向量机逆模型串接在所述复合被控对象之前，构成伪线性系统；

所述支持向量机逆模型由最小二乘支持向量机和积分器S^-1构成；

所述第一和第二扩展的电流滞环逆变器，分别由依次串联的电流滞环PWM逆变器，和坐标变换器组成，所述坐标变换器为Park^-1变换和Clark^-1变换器；