[发明专利]一种基于神经网络的风电磁悬浮偏航系统悬浮控制方法

说明书

本发明涉及一种基于神经网络的风电磁悬浮偏航系统悬浮控制方法，属电气工程技术领域。该方法采用含量化因子的神经网络控制策略，使磁悬浮偏航系统在受到随机干扰情况下，实现稳定悬浮控制：当需要偏航时，首先由悬浮控制器采用PID算法控制励磁电流，使悬浮物向上悬浮至并保持在悬浮平衡点处，得到稳态下外环PID控制器的比例、积分、微分系数参数；其次，悬浮控制器改用含量化因子的神经网络控制策略，获得外环PID控制器参数的调节量；然后由两者求得励磁电流参考值，减去实际值，经内环PID控制器，实时调整励磁电流，实现稳定悬浮。本发明自适应能力强、动态响应快、抗干扰能力强，可确保整个悬浮偏航过程系统性能实时最优。

技术领域

本发明涉及一种控制方法，尤其是一种基于神经网络的风电磁悬浮偏航系统悬浮控制方法，属于电气工程技术领域。

背景技术

风电磁悬浮偏航系统是一种全新的水平轴风电机组偏航系统，它采用磁悬浮驱动技术，取代传统的齿轮驱动技术，在整个偏航过程中，机舱始终处于悬浮状态，因而几乎无机械摩擦，可大大降低偏航阻力矩。在实际工作环境中，风电磁悬浮偏航系统的悬浮控制必须满足自适应能力强、动态响应快、抗干扰能力强等要求。

磁悬浮偏航系统是一种典型的非线性、不稳定系统，含有的较大电感，电流滞后现象严重。同时，风力干扰的随机性严重影响悬浮稳定性，使得磁悬浮偏航系统悬浮控制器的设计极具挑战性。常规PID控制器结构简单、可靠性高、稳定性好,但控制器的参数在线调整困难，难以自动调节以适应外界环境的变化，因此对处于随机干扰下的风电磁悬浮偏航系统很难达到理想的控制效果。串级PID控制可以通过减小副回路闭环系统的相位滞后和等效时间常数来提高系统稳定性和响应速度，通过副回路控制器增益增加串级控制系统有阻尼频率来改善系统的控制质量，设计简单、结构灵活、鲁棒性较强，但依赖确定的对象模型，且控制器的参数固定，当对象模型和参数不确定时，控制效果不明显。

BP神经网络具有自学习、自组织、自适应等特点。将BP神经网络与PID结合起来，构成 BPNN-PID控制器，通过神经网络的自学习和权值修正，对PID控制器的3个参数进行实时在线调整，克服了常规PID控制参数固定不变，在线调整困难的缺陷，使控制系统具有良好的适应性和鲁棒性。但是现有研究通过神经网络对PID参数的调节范围均在0～1之间，而这种小范围的参数调节不能满足风电磁悬浮偏航系统悬浮控制的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于：针对现有技术的不足和空白，本发明提供一种基于神经网络的风电磁悬浮偏航系统悬浮控制方法，通过神经网络、量化因子和PID算法相结合，使风电磁悬浮偏航系统在受到风速、风向的波动性及不确定性而导致的随机干扰的情况下，实现稳定悬浮。

为了达到以上目的，本发明所述风电磁悬浮偏航系统包括悬浮系统、控制系统和驱动系统。其中，所述悬浮系统由悬浮电磁铁、气隙传感器、悬浮架和风电机组的机舱等组成，所述悬浮电磁铁包括铁芯 和绕组，所述绕组为直流励磁绕组；所述控制系统由悬浮变流器及其悬浮控制器组成，所述悬浮变流器与所述直流励磁绕组连接，所述悬浮控制器包括外环PID 控制器和内环PID控制器；所述悬浮电磁铁、悬浮架、风电机组的机舱统称为悬浮物。

本发明一种基于神经网络的风电磁悬浮偏航系统悬浮控制方法，包括以下步骤：

步骤1，当需要偏航时，由所述悬浮控制器采用PID控制算法控制所述悬浮电磁铁的励磁电流I_f(t)，进而依据磁悬浮偏航系统的悬浮动态数学模型，控制其产生的悬浮力，使所述悬浮物向上悬浮至并保持在悬浮平衡点处实现稳定悬浮；将此时稳态情况下的所述外环PID 控制器的比例系数、积分系数、微分系数记为k_p0、k_i0、k_d0；