專利名稱：一種無軸承異步電機無速度傳感器構造方法
技術領域：
本發(fā)明是一種基于支持向量機左逆的無軸承異步電機無速度傳感器構造方法，為無軸承異步電機的無速度運行提供了一種新控制策略，適用于無軸承異步電機的高性能控制，屬于電力傳動控制設備的技術領域。
背景技術：
無軸承異步電機的高性能控制離不開轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，從而需要檢測轉(zhuǎn)子的速度，傳統(tǒng)電機轉(zhuǎn)子速度采用機械式速度傳感器來檢測，存在安裝、連接和可靠性等問題。對無軸承異步電機而言，使用機械式速度傳感器有更大局限性，因為傳感器本身在機械上難以實現(xiàn)電機高速、超高速運行，從而嚴重限制無軸承異步電機優(yōu)良高速性能的發(fā)揮。因此，無速度傳感器技術成為解決無軸承異步電機這一問題的有效手段。對于無軸承異步電機的無速度傳感器運行，目前才剛剛起步，主要有采用模型參考自適應法策略對無軸承異步電機無速度傳感器運行進行研究，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子速度和定子電阻在線辨識，進行了仿真研究；采用參數(shù)辨識方法配合灰色系統(tǒng)理論對轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速進行辨識，實現(xiàn)了無軸承永磁電機無速度傳感器運行。這些速度辨識方法都沒有考慮高速運行時轉(zhuǎn)子偏心、磁飽和、溫升及負載變化等因素影響，并未真正實現(xiàn)轉(zhuǎn)速參數(shù)準確在線辨識?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡逆系統(tǒng)的無速度傳感器方法利用靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡對非線性函數(shù)的強大逼近能力，突破逆系統(tǒng)在實現(xiàn)或應用中的瓶頸，但是神經(jīng)網(wǎng)絡自身存在局部極點小、過學習、運算量大等缺陷，限制了神經(jīng)網(wǎng)絡逆方法的進一步應用，也影響了其控制性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了能在全速范圍內(nèi)快速準確檢測無軸承異步電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)無軸承異步電機無速度傳感器運行，提高無軸承異步電機工作性能，推廣無軸承異步電機的應用而提供一種無軸承異步電機無速度傳感器構造方法。本發(fā)明采用的技術方案是1)對無軸承異步電機原系統(tǒng)構造內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)，無軸承異步電機原系統(tǒng)的輸入變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓和同步轉(zhuǎn)速W1，輸出變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電流isW和isii ;內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的輸入變量是待測轉(zhuǎn)速OJr,輸出變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓、定子電流、同步轉(zhuǎn)度W1以及定子電流的一階導數(shù)
IsldJ5I, ;2)建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)，無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左
逆系統(tǒng)的輸入為內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的7個輸出變量、輸出為待測轉(zhuǎn)速采用7個輸入節(jié)點、I個輸出節(jié)點的支持向量機加2個微分器S構成支持向量機逆,支持向量機逆的輸入分別為定子電壓 5 ,、，定子電流isW、和同步轉(zhuǎn)速，輸出為待測轉(zhuǎn)速ojr ;4)對支持向量機進行訓練，調(diào)整并確定支持向量機的向量系數(shù)和閾值以實現(xiàn)無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)；5)將支持向量機逆串接于無軸承異步電機原系統(tǒng)之后構造成無速度傳感器。本發(fā)明的有益效果是
I.本發(fā)明給出了左逆系統(tǒng)與支持向量機相結合的方法，利用支持向量機對非線性函數(shù)的強大逼近能力，突破逆系統(tǒng)在實現(xiàn)或應用中的瓶頸。采用的支持向量機是在工業(yè)工程中建立非線性模型的一個強有力工具，可以以任意精度逼近任意復雜的靜態(tài)非線性映射(函數(shù))，具有較強的泛化能力和自適應能力，而且可以自學習和自適應未知或不確定的系統(tǒng)。2.無速度傳感器構造方法中所需的輸入信號均為實際工程中容易獲得的本地直接可測量的變量，支持向量機逆本身可通過軟件編程實現(xiàn)。采用本發(fā)明無速度傳感器，省略了原系統(tǒng)的光電編碼器及其接口電路，不需要對無軸承異步電機系統(tǒng)進行其它任何改動，實現(xiàn)費用低，安全可靠，易于工程實現(xiàn)。


以下結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明
圖I是由無軸承異步電機原系統(tǒng)11構造內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的示意 圖2是由內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12與無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)2組成的檢測轉(zhuǎn)速的原理 圖3是支持向量機逆32的構成 圖4是支持向量機逆32與無軸承異步電機原系統(tǒng)11串接關系示意圖。
具體實施例方式參見圖4，本發(fā)明首先基于無軸承異步電機原系統(tǒng)11的數(shù)學模型建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的數(shù)學模型，該內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的輸入量與輸出量之間滿足無軸承異步電機原系統(tǒng)11數(shù)學模型所確定的變量約束關系；接著建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的逆模型，即無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)2 ;再采用7個輸入節(jié)點、I個輸出節(jié)點的支持向量機31和2個微分器S構成具有5個輸入節(jié)點、I個輸出節(jié)點的內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的支持向量機逆32 ;并通過調(diào)整支持向量機31的向量系數(shù)和閾值，使支持向量機逆32實現(xiàn)無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)2的功能；最后將支持向量機逆32串接于無軸承異步電機原系統(tǒng)11之后構造成無速度傳感器，即可實現(xiàn)對無軸承異步電機的轉(zhuǎn)速的在線實時檢測。具體實施依次分為以下5步
I、建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的數(shù)學模型
參見圖I，無軸承異步電機原系統(tǒng)11的3個輸入變量是可測轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓和同步轉(zhuǎn)速W1，該定子電壓和同步轉(zhuǎn)速W1為直接可測變量；2個輸出變量是可測的轉(zhuǎn)矩繞組的定子電流/51,和/_。內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的I個輸入變量是轉(zhuǎn)速ωΓ，轉(zhuǎn)速Ojr是無軸承異步電機的待測轉(zhuǎn)速；7個輸出變量是可測轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓usld、uslq,
定子電流、同步轉(zhuǎn)度％以及可測變量定子電流的一階導數(shù)。對無軸承異步電機原系統(tǒng)11構造內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)12的數(shù)學模型，對采用電壓控制PWM逆變器供電的無軸承異步電機原系統(tǒng)11，在轉(zhuǎn)矩繞組轉(zhuǎn)子磁鏈定向的旋轉(zhuǎn)d-q坐標系下轉(zhuǎn)矩繞組的數(shù)學模型為
權利要求
1.一種無軸承異步電機無速度傳感器構造方法，其特征是采用如下步驟 1)對無軸承異步電機原系統(tǒng)(11)構造內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)(12),無軸承異步電機原系統(tǒng)(11)的輸入變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓"sW、和同步轉(zhuǎn)速，輸出變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電流isl,和;內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)(12)的輸入變量是待測轉(zhuǎn)速7個輸出變量是轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓"sW、、定子電流、同步轉(zhuǎn)度％以及定子電流的一階導數(shù)■ :lSld、; 2)建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)(12)的無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)(2)，無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)(2)的輸入為內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)(12)的所述7個輸出變量，輸出為待測轉(zhuǎn)速ojr ； 3)采用7個輸入節(jié)點、I個輸出節(jié)點的支持向量機(31)加2個微分器S構成支持向量機逆(32)，支持向量機逆(32)的輸入分別為所述轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓、定子電流Aw、和同步轉(zhuǎn)速，輸出為待測轉(zhuǎn)速ojr ； 4)對支持向量機(31)進行訓練，調(diào)整并確定支持向量機(31)的向量系數(shù)和閾值，以實現(xiàn)無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)(2)； 5)將支持向量機逆(32)串接于無軸承異步電機原系統(tǒng)(11)之后構造成無速度傳感器。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種無軸承異步電機無速度傳感器構造方法，其特征是步驟3)中支持向量機(31)的第一、第二、第三個輸入分別是支持向量機逆(32)的第一、第二、第三個輸入；支持向量機(31)的第三個輸入經(jīng)一微分器S的輸出為支持向量機(31)的第四個輸入，支持向量機(31)的第五個輸入是支持向量機逆(32)的第四個輸入，支持向量機(31)的第五個輸入經(jīng)另一微分器S的輸出為支持向量機(31)的第六個輸入，支持向量機(31)的第七個輸入是支持向量機逆(32)的第五個輸入；支持向量機(31)的輸出是支持向量機逆(32)的輸出。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種無軸承異步電機無速度傳感器構造方法，其特征是步驟4)中支持向量機(31)的向量系數(shù)和閾值的確定方法為先將轉(zhuǎn)矩繞組的定子電壓 slg、定子電流islg和同步轉(zhuǎn)速l^1信號加在無軸承異步電機原系統(tǒng)(11)的輸入端，采集待測轉(zhuǎn)速Ojr ;再將定子電流isW、isl 離線分別求其一階導數(shù)，組成支持向量機的訓練樣本集；并選取高斯核函數(shù)作為支持向量機(31)的核函數(shù),設定正則化參數(shù)為800,核寬度為I.62，對支持向量機(31)進行訓練，從而確定支持向量機(31)的向量系數(shù)和閾值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無軸承異步電機無速度傳感器構造方法，先對無軸承異步電機原系統(tǒng)構造內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)，再建立內(nèi)含轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)，然后采用支持向量機加2個微分器S構成支持向量機逆，對支持向量機進行訓練，調(diào)整并確定支持向量機的各個權系數(shù)以實現(xiàn)無軸承異步電機轉(zhuǎn)速左逆系統(tǒng)；最后將支持向量機逆串接于無軸承異步電機原系統(tǒng)之后構造成無速度傳感器；基于支持向量機左逆的無軸承異步電機無速度傳感器控制策略，省略了原控制系統(tǒng)的機械式速度傳感器及其接口電路，從而降低了控制系統(tǒng)的成本，而且在全速范圍內(nèi)能快速準確地進行轉(zhuǎn)速辨識，具有很強的適應性、容錯性和魯棒性。
文檔編號H02P21/14GK102629848SQ201210124559
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權日2012年4月26日
發(fā)明者孫曉東, 張新華, 李可, 楊澤斌, 黃振躍 申請人:江蘇大學