本發(fā)明涉及開關(guān)磁阻電機(jī)控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：開關(guān)磁阻電機(jī)(SwitchedReluctancemotor，簡(jiǎn)稱SRM)堅(jiān)固可靠、無(wú)需稀土材料且調(diào)速靈活，因而成為新能源電動(dòng)汽車電機(jī)的主流。但是，開關(guān)磁阻電機(jī)為特殊的雙凸極結(jié)構(gòu)，采取開關(guān)式的供電方式，磁路呈強(qiáng)非線性和飽和性，因此開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、振動(dòng)等缺陷，尤其在低速區(qū)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)更為強(qiáng)烈，阻礙了它在更高性能的新能源電動(dòng)轎車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中更普遍的應(yīng)用。因此研究抑制開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法具有極其重要的意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從改進(jìn)電機(jī)控制策略出發(fā)，研究抑制開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，已取得了許多研究成果。傳統(tǒng)的控制方法難以滿足強(qiáng)非線性和飽和性的開關(guān)磁阻電機(jī)控制要求，無(wú)法取得理想的效果。智能控制方法無(wú)需獲得被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，在非線性系統(tǒng)的控制中具有優(yōu)越性。尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，具有在線學(xué)習(xí)的自適應(yīng)能力，能夠無(wú)限逼近任意非線性函數(shù)，非常適合于解決非線性系統(tǒng)的控制問題?，F(xiàn)已見有關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制開關(guān)磁阻電機(jī)的報(bào)道，如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與直接轉(zhuǎn)矩控制策略結(jié)合，設(shè)計(jì)了混合控制器，通過轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差信號(hào)訓(xùn)練模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)最小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制。還有通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換各相分配的轉(zhuǎn)矩分量得到理想的控制電流。但這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制中使用經(jīng)典的BP(backpropagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，收斂速度慢。另外已有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，把開關(guān)磁阻電機(jī)的線性和非線性特性視為整體，使控制設(shè)計(jì)復(fù)雜。但基于線性電感模型TSF(TorqueDistributionFunction)控制得到的線性控制電流難以適應(yīng)磁阻電機(jī)的非線性特性，造成較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制方法，本方法在基于線性電感模型轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)(TSF)控制得到的線性控制電流上，設(shè)計(jì)了基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)(EchoStateNetwork,ESN)的非線性電流控制，其輸出與TSF控制器輸出的線性控制電流疊加得到復(fù)合控制電流，在兩個(gè)電流控制共同作用，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。本發(fā)明的另一目的是根據(jù)上述一種復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制方法設(shè)計(jì)一種復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制方法，主要步驟如下：Ⅰ、基于線性電感模型轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)(TSF)的線性控制電流開關(guān)磁阻電機(jī)采用理想線性各相電感Lkzz時(shí)，轉(zhuǎn)矩-電流轉(zhuǎn)換表達(dá)式為：Ikzz=2TkzzdLkzz(θ)/dθ---(1)]]>其中，zz＝1,2,3表示電機(jī)的三相，Ikzz為各相的電流值，Lkzz為各相電感值，Tkzz為各相分配的轉(zhuǎn)矩,θ為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角。令KLzz＝dLkzz(θ)/dθ，KLzz表示相電感的變化率，對(duì)于呈梯形曲線變化的線性電感模型，KLzz為常數(shù)，取值范圍為0.1～0.3。本發(fā)明采用的轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)為立方分配函數(shù)，此為目前最佳轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，其表達(dá)式為：f(θ)=3θov2(θ-θon)2-2θov3(θ-θon)3---(2)]]>其中θon為開通角，取值范圍10～15度，θoff為斷開角，取值范圍25～30度，θov為轉(zhuǎn)子位置角，取值范圍2～5度。將給定總轉(zhuǎn)矩為分配給各相參考轉(zhuǎn)矩Tkzz中的相鄰兩相為：Tup=Tref*f(θ)---(3)]]>Tdn=Tref*(1-f(θ))---(4)]]>式中Tup、Tdn分別表示相鄰兩相的從小到大變化的開通相與從大到小的關(guān)斷相。根據(jù)轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)得到的各相參考轉(zhuǎn)矩,利用式(1)的轉(zhuǎn)矩-電流轉(zhuǎn)換公式，即可快速計(jì)算得到相應(yīng)的各相線性控制電流Ikzz。Ⅱ、基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的非線性電流控制Ⅱ-1回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)學(xué)習(xí)本發(fā)明采用新型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)ESN。動(dòng)態(tài)電感的產(chǎn)生主要與電流相關(guān)，選取回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的輸入為：其中Ierror(k-1)為回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前時(shí)刻的前一時(shí)刻的實(shí)時(shí)輸出非線性電流，即Ierror(k-1)＝z-1Ierror(k)，z-1表示時(shí)域中變量在信號(hào)滯后一個(gè)采樣周期時(shí)的變換。采樣周期為0.1～2秒。T(k)為開關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩。是開關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的給定總轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明通過輸出的非線性電流的反饋，加強(qiáng)回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)記憶能力和穩(wěn)定性。回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)表示為：Q(k+1)＝f(WinU(k)+WQ(k)+WbackIerror(k))(5)Ierror(k+1)＝WoutS(k)(6)其中，Q(k)＝[q1(k),q2(k),…,qN(k)]T∈RN為內(nèi)部狀態(tài)變量；S(k)＝[U(k),QT(k),Ierror(k)]T∈RP+N+M，[·]T表示矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算。Win∈RN×P表示輸入連接權(quán)矩陣，W∈RN×N表示內(nèi)部連接權(quán)矩陣，Wback∈RN×M表示反饋連接權(quán)矩陣，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)初始化階段以維數(shù)N＝72、稀疏度1～5％、連接權(quán)譜半徑為0.1～1，產(chǎn)生內(nèi)部連接權(quán)值W。需要訓(xùn)練的只有儲(chǔ)備池到系統(tǒng)輸出的連接權(quán)Wout∈RP+N+M。f＝[f1,f2,…,fN]表示神經(jīng)元激活函數(shù)，fr(r＝1,2,...N)采用雙曲正切函數(shù)，輸出層采用線性函數(shù)。儲(chǔ)備池維數(shù)D＝30～100，內(nèi)部狀態(tài)變量N＝72，P是回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量U維數(shù)，P＝3，ESN的輸出變量的個(gè)數(shù)M，M＝1?；芈暊顟B(tài)網(wǎng)絡(luò)的儲(chǔ)備池是信息處理的核心，其規(guī)模影響網(wǎng)絡(luò)對(duì)非線性的逼近能力。設(shè)其性能指標(biāo)函數(shù)為：E(k)=12[Tref(k)-T(k)]2=12e(k)2---(7)]]>式中，Tref(k)為當(dāng)前k時(shí)刻給定轉(zhuǎn)矩；T(k)為當(dāng)前k時(shí)刻開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際輸出的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩。根據(jù)梯度下降法，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的輸出權(quán)值調(diào)整算法為：wlj(k)=wlj(k-1)+Δwlj(k)Δwlj(k)=-ηe(k)∂T(k)∂II(k)qN(k)---(8)]]>式中wlj為輸出層權(quán)值參數(shù)，η為參數(shù)調(diào)整學(xué)習(xí)率范圍0～1。一般取0.6；l＝1,2，…,72，j＝1。(8)式中II(k)是三相的復(fù)合控制電流之和，qN(k)為回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)輸出，為開關(guān)磁阻電機(jī)的Jacobian信息。Ⅱ-2基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)磁阻電機(jī)的Jacobian信息推算該發(fā)明采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，收斂速度快的RBF(radialbasisfunction)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)式(8)中進(jìn)行在線辨識(shí)；輸出層神經(jīng)元的激發(fā)函數(shù)取為線性函數(shù)，而隱含層神經(jīng)元的激發(fā)函數(shù)取為高斯基函數(shù)。選取X＝[II(k),II(k-1),T(k-1),T(k-2)]T為RBF的輸入向量，其中；II(k)和II(k-1)分別表示當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的總電流,II(k-1)＝z-1II(k)，T(k)和T(k-1)分別表示開關(guān)磁阻電機(jī)在當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩,其中T(k-1)＝z-1T(k),T(k-2)＝z-1T(k-1)。H＝[h1,h2,…,hj…h(huán)m]T為RBF的徑向基向量，其中hj為高斯基函數(shù)：hj=exp(||X-Cj||22bj2),j=1,2,...m---(9)]]>式中，cj為第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的中心矢量，cj＝[cj1,cj2,…cji,…cjn]T，，其中bj為節(jié)點(diǎn)的基寬參數(shù)，且為大于零的數(shù)，cj和bj都是通過學(xué)習(xí)得到，節(jié)點(diǎn)m范圍5～20，n＝4為輸入變量個(gè)數(shù)。Jacobian信息為：∂T(k)∂II(k)≈∂ym(k)∂II(k)=Σj=1mwjhjcjs-x1bj2---(10)]]>式中，x1＝II(k),s＝1,2，…，n；根據(jù)梯度下降法，輸出權(quán)wj、節(jié)點(diǎn)中心cjs及節(jié)點(diǎn)基寬參數(shù)bj的迭代如下：wj(k)=wj(k-1)+η(T(k)-ym(k))hj+α(wj(k-1)-wj(k-2))---(11)]]>bj(k)=bj(k-1)+ηΔbj+α(bj(k-1)-bj(k-2))---(12)]]>其中Δbj=(T(k)-ym(k))wjhj||X-Cj||2bj3]]>cjs(k)=cjs(k-1)+ηΔcjs+α(cjs(k-1)-cjs(k-2))---(13)]]>其中Δcjs=(T(k)-ym(k))wjhjxj-cjsbj2]]>式中，ym(k)是當(dāng)前k時(shí)刻RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出，η為學(xué)習(xí)速率，α為動(dòng)量因子，其范圍0～1，常取0.3；節(jié)點(diǎn)m取值范圍5～20，n＝4為輸入變量個(gè)數(shù)。Ⅱ-3非線性控制電流ESN實(shí)時(shí)輸出非線性電流Ierror，經(jīng)電流分配得到各相非線性控制電流ikzz由上升部分，下降部分及恒值部分Ierror組成，相同時(shí)間段內(nèi)相鄰兩相分別處于從小到大變化的開通相及從大到小的關(guān)斷相。以相鄰的A相、B相為例，非線性電流分配為：式中分別表示處于開通相的A相與處于關(guān)斷相的B相的非線性控制電流。Ⅲ、復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制步驟Ⅰ由各相轉(zhuǎn)矩分配得到各相線性控制電流Ikzz，由上升部分，下降部分及恒值部分TKzz組成。相同時(shí)間段內(nèi)相鄰兩相分別處于從小到大變化的開通相及從大到小的關(guān)斷相。以相鄰的A相、B相為例，線性電流分配為：式中表示A相與B相；式中表示處于開通相的A相與處于關(guān)斷相的B相的線性控制電流。步驟Ⅱ所得各相非線性控制電流ikzz與步驟Ⅰ所得的線性控制電流Ikzz疊加，得到的各相復(fù)合控制電流作為技術(shù)成熟的電流滯環(huán)控制器的設(shè)定值，電流滯環(huán)控制器的輸出，經(jīng)過功率變換器驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)，進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩控制。本發(fā)明根據(jù)上述一種復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制方法設(shè)計(jì)一種復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，包括信號(hào)處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、電流滯環(huán)控制器、功率變換器、電流傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器及轉(zhuǎn)子位置傳感器。三個(gè)電流傳感器分別安裝于開關(guān)磁阻電機(jī)的三相電源線、檢測(cè)各相電流，轉(zhuǎn)矩傳感器安裝于開關(guān)磁阻電機(jī)的輸出軸、檢測(cè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子位置傳感器安裝于開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子，檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置角。位置傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器及電流傳感器經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接信號(hào)處理器(如DSP芯片)。信號(hào)處理器含有線性電流控制模塊、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊和回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)非線性電流控制模塊。所述線性電流控制器包括轉(zhuǎn)矩分配器和轉(zhuǎn)矩-電流轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)矩分配器內(nèi)含轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)的當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置角將給定總轉(zhuǎn)矩分配為各相的參考轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩-電流轉(zhuǎn)換器根據(jù)線性電感模型的轉(zhuǎn)矩-電流分配函數(shù)根據(jù)當(dāng)前各相參考轉(zhuǎn)矩得到各相線性控制電流Ikzz。所述RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊依據(jù)當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的總電流和瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩，推算開關(guān)磁阻電機(jī)的Jacobian信息，提供給回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊。所述回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)非線性電流控制器包括回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊和電流分配模塊，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊依據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩、開關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的給定總轉(zhuǎn)矩和輸出的非線性電流的反饋，以及開關(guān)磁阻電機(jī)的Jacobian信息，經(jīng)參數(shù)學(xué)習(xí)，輸出非線性電流Ierror。Ierror經(jīng)電流分配模塊得到各相非線性控制電流ikzz。各相線性控制電流Ikzz和各相非線性控制電流ikzz疊加，得到的各相復(fù)合控制電流輸入電流滯環(huán)控制器作為其設(shè)定值，電流滯環(huán)控制器的輸出接入功率變換器，功率變換器的輸出為驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)三相驅(qū)動(dòng)電源。信號(hào)處理器與顯示屏連接，在線顯示當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩及電流信息。信號(hào)處理器配有CAN接口，可與汽車的CAN控制器及汽車其他電氣通信連接。轉(zhuǎn)子位置傳感器、三個(gè)電流傳感器及轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)得到當(dāng)前開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角、電源三相的電流和瞬時(shí)的總轉(zhuǎn)矩的模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，送入信號(hào)處理器，信號(hào)處理器內(nèi)的線性電流控制模塊，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的非線性電流控制模塊，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)測(cè)瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩和三相電流值，求得復(fù)合控制電流，控制開關(guān)磁阻電機(jī)，有效抑制其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方法與系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)為：1、充分考慮到開關(guān)磁阻電機(jī)的非線性特性，采用改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)，得到各相非線性控制電流，其與線性控制電流疊加，求得復(fù)合控制電流，有效地抑制開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；2、與開關(guān)磁阻電機(jī)的常規(guī)線性電流控制方法相比，本復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)控制將轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)率由57.2％減低到1.75％。附圖說(shuō)明圖1為本復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制方法實(shí)施例的步驟Ⅰ所述線性電感模型轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)的線性電流控制系統(tǒng)框圖；圖2為本復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制方法實(shí)施例的步驟Ⅱ所述的回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制方法實(shí)施例的步驟Ⅲ所述的復(fù)合控制電流產(chǎn)生流程示意圖；圖4為復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)實(shí)施例的運(yùn)行流程圖。具體實(shí)施方式復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制方法實(shí)施例本復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制方法實(shí)施例，主要步驟如下：Ⅰ、基于線性電感模型轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)(TSF)的線性控制電流如圖1所示，開關(guān)磁阻電機(jī)的線性電感模型控制包括轉(zhuǎn)矩分配、轉(zhuǎn)矩-電流轉(zhuǎn)換及電流滯環(huán)控制器三個(gè)主要部分。開關(guān)磁阻電機(jī)采用理想線性各相電感Lkzz時(shí)，轉(zhuǎn)矩-電流轉(zhuǎn)換表達(dá)式為：Ikzz=2TkzzdLkzz(θ)/dθ---(1)]]>其中，zz＝1,2,3表示電機(jī)的三相，Ikzz為各相的電流值，Lkzz為各相電感值，Tkzz為各相分配的轉(zhuǎn)矩,θ為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角。令KLzz＝dLkzz(θ)/dθ，KLzz表示相電感的變化率，對(duì)于呈梯形曲線變化的線性電感模型，KLzz為常數(shù)，本例k取值為0.2。本例的轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)為立方分配函數(shù)，其表達(dá)式為：f(θ)=3θov2(θ-θon)2-2θov3(θ-θon)3---(2)]]>其中θon為開通角，本例取值11.5度，θoff為斷開角，本例取值30度，θov為轉(zhuǎn)子位置角，本例取值3.5度。將給定總轉(zhuǎn)矩為分配給各相參考轉(zhuǎn)矩Tkzz中的相鄰兩相為：Tup=Tref*f(θ)---(3)]]>Tdn=Tref*(1-f(θ))---(4)]]>式中Tup、Tdn分別表示相鄰兩相的從小到大變化的開通相與從大到小的關(guān)斷相。根據(jù)轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)得到的各相參考轉(zhuǎn)矩,利用式(1)的轉(zhuǎn)矩-電流轉(zhuǎn)換公式，即可快速計(jì)算得到相應(yīng)的各相線性控制電流Ikzz。Ⅱ、基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的非線性電流控制Ⅱ-1回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)學(xué)習(xí)本例回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)ESN如圖2所示，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的輸入為：U(k)=[T(k),Tref*(k),Ierror(k-1)]T,]]>其中Ierror(k-1)為回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前時(shí)刻的前一時(shí)刻的實(shí)時(shí)輸出非線性電流，即Ierror(k-1)＝z-1Ierror(k)，z-1表示時(shí)域中變量在信號(hào)滯后一個(gè)采樣周期時(shí)的變換。本例采樣周期取0.2秒。T(k)為開關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩。是開關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的給定總轉(zhuǎn)矩?；芈暊顟B(tài)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)表示為：Q(k+1)＝f(WinU(k)+WQ(k)+WbackIerror(k))(5)Ierror(k+1)＝WoutS(k)(6)其中，Q(k)＝[q1(k),q2(k),…,qN(k)]T∈RN為內(nèi)部狀態(tài)變量；S(k)＝[U(k),QT(k),Ierror(k)]T∈RP+N+M，[·]T表示矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算。Win∈RN×P表示輸入連接權(quán)矩陣，W∈RN×N表示內(nèi)部連接權(quán)矩陣，Wback∈RN×M表示反饋連接權(quán)矩陣，本例回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)初始化階段維數(shù)N＝72，稀疏度為2％，連接權(quán)譜半徑為0.5，產(chǎn)生內(nèi)部連接權(quán)值W。需要訓(xùn)練的只有儲(chǔ)備池到系統(tǒng)輸出的連接權(quán)Wout∈RP+N+M。f＝[f1,f2,…,fN]表示神經(jīng)元激活函數(shù)，fr(r＝1,2,...N)采用雙曲正切函數(shù)，輸出層采用線性函數(shù)。本例儲(chǔ)備池維數(shù)D＝60，內(nèi)部狀態(tài)變量N＝72，P是回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量U維數(shù)，P＝3，ESN的輸出變量的個(gè)數(shù)M，M＝1?；芈暊顟B(tài)網(wǎng)絡(luò)的儲(chǔ)備池是信息處理的核心的性能指標(biāo)函數(shù)為：E(k)=12[Tref(k)-T(k)]2=12e(k)2---(7)]]>式中，Tref(k)為當(dāng)前k時(shí)刻給定轉(zhuǎn)矩；T(k)為當(dāng)前k時(shí)刻開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際輸出的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩。根據(jù)梯度下降法，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的輸出權(quán)值調(diào)整算法為：wlj(k)=wlj(k-1)+Δwlj(k)Δwlj(k)=-ηe(k)∂T(k)∂II(k)qN(k)---(8)]]>式中wlj為輸出層權(quán)值參數(shù)，η為參數(shù)調(diào)整學(xué)習(xí)率范圍0～1。一般取0.6；l＝1,2，…,72，j＝1。(8)式中II(k)是三相的復(fù)合控制電流之和，qN(k)為回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)輸出，為開關(guān)磁阻電機(jī)的Jacobian信息。Ⅱ-2基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)磁阻電機(jī)的Jacobian信息推算本例采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)式(8)中進(jìn)行在線辨識(shí)；輸出層神經(jīng)元的激發(fā)函數(shù)取為線性函數(shù)，而隱含層神經(jīng)元的激發(fā)函數(shù)取為高斯基函數(shù)。選取X＝[II(k),II(k-1),T(k-1),T(k-2)]T為RBF的輸入向量，其中；II(k)和II(k-1)分別表示當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的總電流,II(k-1)＝z-1II(k)，T(k)和T(k-1)分別表示開關(guān)磁阻電機(jī)在當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩,其中T(k-1)＝z-1T(k),T(k-2)＝z-1T(k-1)。H＝[h1,h2,…,hj…h(huán)m]T為RBF的徑向基向量，其中hj為高斯基函數(shù)：hj=exp(||X-Cj||22bj2),j=1,2,...m---(9)]]>式中，cj為第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的中心矢量，cj＝[cj1,cj2,…cji,…cjn]T，，其中bj為節(jié)點(diǎn)的基寬參數(shù)，且為大于零的數(shù)，cj和bj都是通過學(xué)習(xí)得到，本例節(jié)點(diǎn)m＝8，n＝4為輸入變量個(gè)數(shù)。Jacobian信息為：∂T(k)∂II(k)≈∂ym(k)∂II(k)=Σj=1mwjhjcjs-x1bj2---(10)]]>式中，x1＝II(k),s＝1,2，…，n；根據(jù)梯度下降法，輸出權(quán)wj、節(jié)點(diǎn)中心cjs及節(jié)點(diǎn)基寬參數(shù)bj的迭代如下：wj(k)=wj(k-1)+η(T(k)-ym(k))hj+α(wj(k-1)-wj(k-2))---(11)]]>bj(k)=bj(k-1)+ηΔbj+α(bj(k-1)-bj(k-2))---(12)]]>其中Δbj=(T(k)-ym(k))wjhj||X-Cj||2bj3]]>cjs(k)=cjs(k-1)+ηΔcjs+α(cjs(k-1)-cjs(k-2))---(13)]]>其中Δcjs=(T(k)-ym(k))wjhjxj-cjsbj2]]>式中，ym(k)是當(dāng)前k時(shí)刻RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出，η為學(xué)習(xí)速率，α為動(dòng)量因子，本例取0.3。Ⅱ-3非線性控制電流ESN實(shí)時(shí)輸出非線性電流Ierror，經(jīng)電流分配得到各相非線性控制電流ikzz由上升部分，下降部分及恒值部分Ierror組成，相同時(shí)間段內(nèi)相鄰兩相分別處于從小到大變化的開通相及從大到小的關(guān)斷相。以相鄰的A相、B相為例，非線性電流分配為：式中分別表示處于開通相的A相與處于關(guān)斷相的B相的非線性控制電流。Ⅲ、復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制步驟Ⅰ由各相轉(zhuǎn)矩分配得到各相線性控制電流Ikzz，由上升部分，下降部分及恒值部分TKzz組成。相同時(shí)間段內(nèi)相鄰兩相分別處于從小到大變化的開通相及從大到小的關(guān)斷相。以相鄰的A相、B相為例，線性電流分配為：式中表示A相與B相；式中分別表示處于開通相的A相與處于關(guān)斷相的B相的線性控制電流。如圖3所示，步驟Ⅱ所得各相非線性控制電流ikzz與步驟Ⅰ所得的線性控制電流Ikzz疊加，得到的各相復(fù)合控制電流作為電流滯環(huán)控制器的設(shè)定值，電流滯環(huán)控制器的輸出，經(jīng)過功率變換器驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)，進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩控制。復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)實(shí)施例本復(fù)合控制電流的開關(guān)磁阻電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括信號(hào)處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、電流滯環(huán)控制器、功率變換器、電流傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器及轉(zhuǎn)子位置傳感器。三個(gè)電流傳感器分別安裝于開關(guān)磁阻電機(jī)的三相電源線、檢測(cè)各相電流，轉(zhuǎn)矩傳感器安裝于開關(guān)磁阻電機(jī)的輸出軸、檢測(cè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子位置傳感器安裝于開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子，檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置角。位置傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器及電流傳感器經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接信號(hào)處理器，本例信號(hào)處理器為DSP芯片。信號(hào)處理器含有線性電流控制模塊、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊和回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)非線性電流控制模塊。所述線性電流控制器包括轉(zhuǎn)矩分配器和轉(zhuǎn)矩-電流轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)矩分配器內(nèi)含轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)的當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置角將給定總轉(zhuǎn)矩分配為各相的參考轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩-電流轉(zhuǎn)換器根據(jù)線性電感模型的轉(zhuǎn)矩-電流分配函數(shù)根據(jù)當(dāng)前各相參考轉(zhuǎn)矩得到各相線性控制電流Ikzz。所述RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊依據(jù)當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的總電流和瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩，推算開關(guān)磁阻電機(jī)的Jacobian信息，提供給回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊。所述回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)非線性電流控制器包括回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊和電流分配模塊，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊依據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩、開關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的給定總轉(zhuǎn)矩和輸出的非線性電流的反饋，以及開關(guān)磁阻電機(jī)的Jacobian信息，經(jīng)參數(shù)學(xué)習(xí)，輸出非線性電流Ierror。Ierror經(jīng)電流分配模塊得到各相非線性控制電流ikzz。各相線性控制電流Ikzz和各相非線性控制電流ikzz疊加，得到的各相復(fù)合控制電流輸入電流滯環(huán)控制器作為其設(shè)定值，電流滯環(huán)控制器的輸出接入功率變換器，功率變換器的輸出為驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)三相驅(qū)動(dòng)電源。本例信號(hào)處理器與顯示屏連接，在線顯示當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩及電流信息。本例信號(hào)處理器配有CAN接口，以與汽車的CAN控制器及汽車其他電氣通信連接。本系統(tǒng)運(yùn)行的流程如圖5所示，轉(zhuǎn)子位置傳感器、三個(gè)電流傳感器及轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)得到當(dāng)前開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角、電源三相的電流和瞬時(shí)的總轉(zhuǎn)矩的模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，送入信號(hào)處理器，信號(hào)處理器內(nèi)的線性電流控制模塊，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的非線性電流控制模塊，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)測(cè)瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩和三相電流值，分別求得各相線性控制電流和非線性控制電流，疊加得到各相復(fù)合控制電流，作為電流滯環(huán)控制器的設(shè)定值，電流滯環(huán)控制器的輸出接入功率變換器，功率變換器的輸出為驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)三相驅(qū)動(dòng)電源，控制開關(guān)磁阻電機(jī)，有效抑制其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制。上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3