[发明专利]二自由度无轴承永磁同步电机悬浮力子系统解耦控制器

说明书

本发明公开一种基于在线神经网络逆的二自由度无轴承永磁同步电机悬浮力子系统解耦控制器，复合被控对象之前依次串接悬浮力子系统在线神经网络逆模块和附加控制器模块；附加控制器模块由第一、第二滑模控制器组成，悬浮力子系统在线经网络逆模块由神经网络系统、在线学习算法模块和四个积分器S^‑1组成，实时调整神经网络系统的权值矩阵，提高悬浮力子系统在线神经网络逆模块的精确度，采用在线神经网络来辨识电机悬浮力子系统的逆模型，避免了求解逆模型的复杂过程，整个系统具有更强的抗电机参数变化的能力，以复合被控对象的输出与神经网络系统的输入的误差为目标函数来设计在线学习算法，简化了在线学习神经网络的结构。

技术领域

本发明涉及无轴承永磁同步电机，具体为基于在线神经网络逆的无轴承永磁同步电机悬浮力子系统滑模解耦控制器，应用于高速精密机械加工、离心机、涡轮分子泵以及航天航空等特殊传动领域，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依据磁轴承和电机结构及产生磁力的相似性，将磁悬浮轴承和电机技术相结合提出的一种新型特种电机。无轴承永磁同步电机内部具有复杂的电磁关系，径向悬浮力之间存在非线性、强耦合问题。实现径向悬浮力之间的解耦控制，是电机可以稳定悬浮运行的前提。无轴承永磁同步电机常用的解耦控制方法中，矢量控制方法以径向悬浮力为控制对象，采用位移负反馈结合数学模型的方式控制，可以实现径向悬浮力之间的静态解耦，但其动态响应性能不理想。逆系统方法虽然可以实现被控对象的动态解耦，但其依赖被控对象的精确数学模型，往往被控对象的精确数学模型很难获得。

中国专利公开号为CN102790577B的文献中公开了一种无轴承永磁同步电机悬浮子系统模糊神经网络逆的解耦控制器构造方法，用模糊神经网络来逼近无轴承永磁同步电机悬浮子系统的逆模型，通过采集数据，离线训练获得模糊神经网络逆控制器，但获得的权值参数一旦确定就无法调整，不能克服无轴承永磁同步电机负载突变、参数变化等因素的影响，鲁棒性差。中国专利公开号为CN103647481A的文献中公开了一种无轴承永磁同步电机径向位移神经网络自适应逆控制器，将用神经网络构建的水平位移对象模型与水平位移对象逆模型结合构成水平位移神经网络自适应逆控制器，将用神经网络构建的垂直位移对象模型与垂直位移对象逆模型结合构成垂直位移神经网络自适应逆控制器，对径向位移x，y分开控制，但结构和控制都很复杂，控制精度不高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的无轴承永磁同步电机悬浮力子系统解耦控制技术的不足，提出了一种基于在线神经网络逆的二自由度无轴承永磁同步电机悬浮力子系统滑模解耦控制器，通过设计的算法在线调节神经网络的连接权值，使获得的逆系统精确度提高，同时分别对解耦得到的伪线性二阶径向位移x、y子系统设计滑模控制器(SlidingModel Controller，SMC)，能够有效实现无轴承永磁同步电机径向悬浮力之间的解耦控制，获得良好的动、静态特性，提高悬浮力子系统抗参数变化以及负载突变的能力。