基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆的感應(yīng)電機(jī)解耦線性化方法系統(tǒng)研究.pdf

1、在參數(shù)變化和外在擾動的工況下,對感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行自適應(yīng)或魯棒控制研究是一個熱點(diǎn)和難點(diǎn),雖然許多專家學(xué)者已經(jīng)提出了各種各樣的高性能控制策略,但得到理論上嚴(yán)謹(jǐn)、且易于工程實(shí)現(xiàn)的感應(yīng)電機(jī)高性能控制系統(tǒng)仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。作為一種兼顧易于工程化和高性能控制的方法,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)方法已經(jīng)在感應(yīng)電機(jī)控制中得劍初步應(yīng)用,但是研究工作還不夠深入、全面和系統(tǒng),所提控制結(jié)構(gòu)魯棒性相對較差。對實(shí)物控制研究也比較欠缺。為此,本文采用解析逆系統(tǒng)理論,系統(tǒng)、深入

2、地研究了感應(yīng)電機(jī)定子磁鏈與轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子磁鏈與轉(zhuǎn)速的解耦線性化控制,在感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型精確已知的情況下實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)磁鏈與轉(zhuǎn)速的動態(tài)解耦線性化。并對解析逆控制結(jié)構(gòu)(所提和已有的)之間及相應(yīng)的、成熟的矢顰控制(定子磁場定向及轉(zhuǎn)子磁場定向控制)方法作了深入、全面地比較。針對矢量控制和解析逆控制都嚴(yán)巫依賴于系統(tǒng)精確模型,即對參數(shù)變化敏感及抗擾動能力差等問題,本文進(jìn)一步采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)理論,來解決感應(yīng)電機(jī)由于參數(shù)變化、狀態(tài)觀測不準(zhǔn)及外在擾動等因素

3、造成的解耦線性化火敗問題,實(shí)現(xiàn)了磁鏈與轉(zhuǎn)速之間的解耦線性化,提出了幾種感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)。將所提及已有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)與矢量控制或解析逆控制作了全面、系統(tǒng)地比較,指出了它們在理論上和實(shí)現(xiàn)中的特點(diǎn)。最后,在自行研制的交流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)時仿真實(shí)驗(yàn)平臺上實(shí)現(xiàn)了所提和已有的感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)。本文的主要研究成果如下： 1.提出了控制定子磁鏈與轉(zhuǎn)速的電流控制型感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu) 1)在兩相靜止(αβ)坐標(biāo)系

4、下,以定子磁鏈兩相分量及轉(zhuǎn)速為狀態(tài)變量、定子磁鏈幅值及轉(zhuǎn)速為輸出的感應(yīng)電機(jī)三階模型為控制對象,將定子電壓兩相分量負(fù)載轉(zhuǎn)矩作為擾動,采用Interactor算法分析了系統(tǒng)的可逆性,得到了解析逆表達(dá)式,找到了系統(tǒng)的隱動態(tài),在模型精確已知的情況下實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)定子磁鏈與轉(zhuǎn)速的解耦線性化,并與定子磁場定向控制作了深入比較。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)理論,在參數(shù)變化和外在擾動存在的情況下,實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)定子磁鏈與轉(zhuǎn)速的解耦線性化。得到了αβ坐標(biāo)系下控制定

5、子磁鏈與轉(zhuǎn)速的電流控制型感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)具有不需要旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換、結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制方法理論上有高動態(tài)性能,在實(shí)時仿真平臺上對此結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)作了研究,指出了實(shí)現(xiàn)時存在的問題。 2)在定子磁場定向(DQ)坐標(biāo)系下,以定子磁鏈幅值及轉(zhuǎn)速為狀態(tài)變量和輸出變量的感應(yīng)電機(jī)二階模型為控制對象,將定子電壓D軸分量和負(fù)載轉(zhuǎn)矩作為擾動,采用Interactor算法分析了系統(tǒng)的可逆性,得劍了解析逆的兩種形式表

6、達(dá)式,在模型精確已知的情況下實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)定子磁鏈與轉(zhuǎn)速的解耦線性化。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)理論,給出了DQ坐標(biāo)系下控制定子磁鏈與轉(zhuǎn)速的電流控制型感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)。 2.提出了控制定子磁鏈與轉(zhuǎn)速的電樂控制型感應(yīng)電機(jī)解析逆控制結(jié)構(gòu)。在DQ坐標(biāo)系下,以定子電流DQ兩相分量、定子磁鏈D軸分量及轉(zhuǎn)速為狀態(tài)變量的感應(yīng)電機(jī)四階模型為被控對象,定義輸出為定子磁鏈幅值和轉(zhuǎn)速,采用Interactor算法分析了系統(tǒng)的可逆性,得到了解析逆表達(dá)

7、式,實(shí)現(xiàn)了定子磁鏈及轉(zhuǎn)速與電壓分量之間的解耦線性化控制,并與帶電壓解耦補(bǔ)償?shù)亩ㄗ哟艌龆ㄏ蚩刂谱髁吮容^研究。 3.提出了控制轉(zhuǎn)子磁鏈與轉(zhuǎn)速的電流控制型感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu) 1)考慮其他學(xué)者提出的αβ坐標(biāo)系下電流控制型感應(yīng)電機(jī)解析逆控制結(jié)構(gòu),將其與直接轉(zhuǎn)子磁場定向控制作了比較研究。提出了αβ坐標(biāo)系下,控制轉(zhuǎn)子磁鏈與轉(zhuǎn)速的電流控制型感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu),并與直接轉(zhuǎn)子磁場定向控制及解析逆控制作了仿真比較,在實(shí)時仿真實(shí)

8、驗(yàn)平臺上對此結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)作了研究,給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 2)在同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下,以轉(zhuǎn)子磁鏈兩相分量及轉(zhuǎn)速為狀態(tài)變量的感應(yīng)電機(jī)三階模型為被控對象,定義輸出為轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和轉(zhuǎn)速,采用Interactor算法分析了系統(tǒng)的可逆性,得到了解析逆表達(dá)式,指出解耦線性化效果與坐標(biāo)系d軸的初始何置選擇無關(guān),找到了系統(tǒng)的隱動態(tài),實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁鏈及轉(zhuǎn)速與電流分量之間的解耦線性化控制,得到了同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)下,控制轉(zhuǎn)子磁鏈與轉(zhuǎn)速的電流控制型感應(yīng)電機(jī)解析逆

9、控制結(jié)構(gòu)。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)理論,提出了同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下,控制轉(zhuǎn)子磁鏈與轉(zhuǎn)速的電流控制型感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu),指出這是電流控制型感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)的一般形式,并對此結(jié)構(gòu)作了仿真及實(shí)驗(yàn)研究。 3)針對前人提出的MT坐標(biāo)系下,電流控制型感應(yīng)電機(jī)逆(解析逆和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),本文對其作了進(jìn)一步研究,將其進(jìn)行了簡化,并與直接轉(zhuǎn)子磁場定向控制作了比較研究,指出它是轉(zhuǎn)子磁場定向控制的一種改進(jìn)結(jié)構(gòu),是同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)

10、系下電流控制型感應(yīng)電機(jī)逆控制結(jié)構(gòu)的一種特殊形式。在實(shí)時仿真實(shí)驗(yàn)平臺上對此結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)作了研究,取得了很好的控制性能。 4.對前人提出的MT坐標(biāo)系下,電壓控制型感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)作了進(jìn)一步研究,將解析逆控制結(jié)構(gòu)與帶電壓補(bǔ)償解耦的直接轉(zhuǎn)子磁場定向控制進(jìn)行了仿真比較,對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)的解耦性能作了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 5.提出或設(shè)計(jì)了幾種磁鏈(定子和轉(zhuǎn)子)觀測器。對一種定子磁鏈觀測器的積分形式進(jìn)行改進(jìn),使其可以準(zhǔn)確地觀測

11、幅值變化的定子磁鏈；將得到的兩種轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器用于MT坐標(biāo)系下電壓控制型感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu),并對其進(jìn)行了仿真研究以驗(yàn)證觀測器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)的有效性；設(shè)計(jì)了幾種負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器,并將基于ESO的負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器用于電流控制型感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)。 6.研制了交流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)時仿真實(shí)驗(yàn)平臺,平臺主要包括德國dSPACE公司的DS1103、日本二菱公司的ASIPM(PS12036)、電流電壓傳感器及光電編碼器等。實(shí)現(xiàn)了恒

12、壓頻比、定轉(zhuǎn)子磁場定向控制的實(shí)時仿真實(shí)驗(yàn)。對幾種感應(yīng)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 綜上所述,利用解析逆系統(tǒng)理論對感應(yīng)電機(jī)的各種模型進(jìn)行分析,得到了各種模型的解析逆系統(tǒng)。在模型精確已知的情況下實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)磁鏈(定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈)和轉(zhuǎn)速與電流分量(電流控制型)或電壓分量(電壓控制型)之間的解耦線性化。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)理論,在參數(shù)變化和外在擾動存在的情況下,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)磁鏈(定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈)和轉(zhuǎn)速與電流分量