无轴承电动机神经网络逆系统解耦控制关键技术发展

无轴承电动机利用一套新的悬浮力绕组产生悬浮力,使无轴承电动机成为一种多变量、强耦合的非线性系统,如何实现转速与径向位移以及径向位移之间的动态解耦控制是无轴承电动机稳定运行的关键要素之一。神经网络逆系统具有以任意精度逼近非线性函数的能力,可以有效实现无轴承电动机的解耦控制。阐述了无轴承电动机悬浮力产生的原理以及神经网络逆系统解耦原理,从纯神经网络逆系统、神经网络逆系统结合智能控制器等方面分析了国内外无轴承电动机神经网络逆系统解耦控制策略的研究现状,归纳了无轴承电动机在使用神经网络逆系统进行解耦控制时的共同和不足之处,总结了无轴承电动机神经网络逆系统解耦控制的一般设计方法,并对神经网络优化、在线训练、抗干扰能力等关键技术发展趋势进行了展望。     

无轴承永磁同步电机的神经网络逆控制

无轴承永磁同步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,实现无轴承永磁同步电机的线性化解耦控制,是无轴承永磁同步电机稳定运行和走向实用化的关键。将神经网络具有的特点（对非线性系统的逼近能力以及对系统参数变化的适应能力）与逆系统方法的特点（解耦线性化）相结合,提出了基于神经网络的无轴承永磁同步电机逆系统解耦控制方法。通过用静态神经网络加积分器来构造无轴承永磁同步电机的逆系统,将无轴承永磁同步电机动态解耦成位移子系统和转速子系统分别设计调节器进行控制,然后运用线性系统理论进行综合。仿真及实验结果表明,系统具有良好的鲁棒性和动静态解耦性能。     

基于最小二乘支持向量机逆系统方法应用研究

针对流浆箱的内部机理模型,提出了一种基于最小二乘支持向量机逆系统的解耦控制方法。利用最小二乘支持向量机辨识得到流浆箱系统的逆模型,并采用逆系统思想,将流浆箱非线性系统解耦成多个相互独立的单入单出伪线性子系统。采用MATLAB对该解耦控制方法的有效性进行仿真验证,结果表明,该控制方法抗干扰性强,结构简单,工程上易于实现。     

无轴承永磁同步电机的神经网络逆控制

无轴承永磁同步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,实现无轴承永磁同步电机的线性化解耦控制,是无轴承永磁同步电机稳定运行和走向实用化的关键。将神经网络具有的特点（对非线性系统的逼近能力以及对系统参数变化的适应能力）与逆系统方法的特点（解耦线性化）相结合,提出了基于神经网络的无轴承永磁同步电机逆系统解耦控制方法。通过用静态神经网络加积分器来构造无轴承永磁同步电机的逆系统,将无轴承永磁同步电机动态解耦成位移子系统和转速子系统分别设计调节器进行控制,然后运用线性系统理论进行综合。仿真及实验结果表明,系统具有良好的鲁棒性和动静态解耦性能。

     

两电机同步系统支持向量机广义逆控制

针对非线性强耦合的两电机同步系统,采用支持向量机广义逆与PID相结合的控制方案。首先由支持向量机逼近原系统的广义逆模型,然后与原系统相连接,从而构成复合伪线性系统,使系统解耦线性化。最后引入PID控制来去除建模及动态误差。仿真结果证明,该方法动静态解耦性能优良,同步性及鲁棒稳定性较强。     

基于逆系统的非线性自适应逆控制

针对非线性系统自适应逆控制的不完善,本文引入逆系统方法将非线性系统转化为伪线性系统,然后使用最小二乘支持向量机(LS-SVM)建立了逆系统模型,最后利用成熟的线性系统自适应逆控制理论实现非线性系统的自适应逆控制。引入逆系统方法后实现了两大功能:其一,消除了非线性系统的干扰,而且不需要设计逆对象模型:其二,实现了多变量(n维变量)之间的解耦,而且节省了3n(n-1)个线性滤波器的设计。本文针对一个典型多变量二阶系统实现了非线性系统的自适应逆控制,仿真试验表明该方法不但能够很好地消除非线性系统的干扰,而且还实现多变量的解耦控制。     

加工中心双悬浮系统支持向量机α阶逆解耦时变滑模控制

龙门数控加工中心移动机械横梁可采用双电磁悬浮系统共同悬浮来消除摩擦的影响,而这两个电磁悬浮系统存在着一定的耦合关系。当数控机床工作时,由于受力不平衡或者扰动等因素影响,这种耦合的存在会使两个电磁悬浮系统的悬浮气隙受到影响,并降低加工精度。分析得出了横梁发生绕质心旋转和上下平移时两个电磁悬浮系统的耦合定量关系,为了消除耦合的影响,采用支持向量机逼近双电磁悬浮系统的α阶逆系统,将所得到的α阶逆系统串联在原系统前构成伪线性复合系统,从而将原系统解耦成两个独立的SISO伪线性系统。针对解耦后的伪线性SISO系统设计了时变滑模变结构控制器,可使系统在任意初始状态下系统状态变量都能直接到达系统的滑模面上,消除了状态变量到达滑模面的过程,以最短的时间实现了滑模变结构控制,实现了对参数摄动和外部干扰的全局鲁棒性。仿真实验结果表明,该方案不需要被控对象精确的数学模型即可采用支持向量机逼近被控系统的α阶逆系统,可有效地对耦合的悬浮系统实现解耦。解耦后的SISO伪线性系统采用时变滑模变结构控制具有响应速度快和鲁棒性强等特点。     

基于最小二乘支持向量机左右逆协同的无人机解耦控制

针对无人机飞行控制系统存在非线性耦合的问题,提出了一种基于最小二乘支持向量机(LSSVM)的左右逆协同解耦控制方法。该方法根据Interactor算法,通过对无人机系统输出进行微分,构建右逆系统,从而证明其可逆性。由于无人机右逆系统中存在旋翼桨叶总距俯仰角不可直接测量的局限,因而采用基于内含传感器左逆的方法间接测量,然后将其代入右逆系统中,得到左右逆协同控制器。最后利用最小二乘支持向量机建立左右逆协同控制器模型,并将其串联在原系统之前,与积分器共同构成伪线性复合系统实现无人机线性化与解耦。仿真结果显示,该方法对无人机垂直飞行的速度和旋翼桨叶总距俯仰角具有较高的解耦控制性能,对外部扰动具有良好的鲁棒性。     

基于KPCA和PSOSVM的异步电机故障诊断

针对异步电机故障振动信号具有较强的非线性特征,而传统的线性分析方法易造成振动信号非线性成分的丢失这一情况,提出一种核主元分析和粒子群支持向量机相结合的异步电机故障诊断方法。利用核函数实现输入空间到高维特征空间的非线性映射以及对映射数据的主元分析,得到原始样本的非线性主元,实现特征提取和数据压缩,将获得的核主元特征通过支持向量机进行模式识别。采用距离比值法和粒子群算法分别对核主元分析和支持向量机的参数进行双重优化选择。实验结果表明,该方法能有效提取故障信号的非线性特征,具有较强的非线性模式识别能力,相比主元分析和支持向量机方法,分类效果更好,实时性更强,可快速有效实现异步电机故障诊断。     

交流异步电动机定子磁链与转矩的逆解耦问题研究

对于具有多变量、非线性、强耦合特征的异步电动机调速系统,实现定子磁链与电磁转矩的动态解耦控制是提高系统性能的关键。从异步电动机的5阶模型及其固有的电磁特性出发,证明了其系数矩阵的非奇异性,进而结合逆系统理论证明了定子磁链与电磁转矩的逆解耦在任何状态下都是存在的。在此基础上设计了一种通过非线性状态反馈的逆解耦控制方案,将复杂系统解耦成电磁转矩与定子磁链的两个独立线性回路,然后利用线性系统理论分别对转矩与磁链调节器进行综合设计。     

基于离散时间无差拍的无轴承异步电动机SVM-DTC系统

针对无轴承异步电动机多变量、非线性和强耦合的特点,提出了一种基于离散时间无差拍的SVM-DTC控制方法。该方法基于定子磁场定向的同步旋转坐标系,通过离散时间无差拍算法得到转矩和磁链的控制电压分量,实现转矩与磁链的动态解耦,解决了转矩环与磁链环的耦合问题。并对离散时间无差拍的SVM-DTC和传统DTC控制系统进行了仿真,结果表明:与传统DTC方法相比,基于离散时间无差拍的SVM-DTC方法可以更好地抑制无轴承异步电动机的转矩、磁链和转子径向位移的脉动,提高了无轴承异步电动机的悬浮性能。最后,采用数字信号处理器TMS320F2812DSP作为控制器对提出的控制方法进行试验研究,结果表明基于离散时间无差拍的SVM-DTC方法可以实现无轴承异步电动机的稳定悬浮。     

电液伺服系统的非线性控制

针对电液伺服系统非线性、参数时变的特点,为提高系统的性能,首先讨论了系统的非线性数学模型,利用逆系统解耦控制方法,将非线性系统转化成伪线性系统,进行线性控制;在此基础上,提出了一种模糊PID自适应非线性控制设计方案,与逆系统控制方法进行了仿真比较;结果表明,采用模糊PID控制,在系统参数变化、外界扰动的影响下,具有较好的自适应性和动态鲁棒性能。     

Implementation of a new fuzzy vector control of induction motor

The aim of this paper is to present a new approach to control an induction motor using type-1 fuzzy logic. The induction motor has a nonlinear model, uncertain and strongly coupled. The vector control technique, which is based on the inverse model of the induction motors, solves the coupling problem. Unfortunately, in practice this is not checked because of model uncertainties. Indeed, the presence of the uncertainties led us to use human expertise such as the fuzzy logic techniques. In order to maintain the decoupling and to overcome the problem of the sensitivity to the parametric variations, the field-oriented control is replaced by a new block control. The simulation results show that the both control schemes provide in their basic configuration, comparable performances regarding the decoupling. However, the fuzzy vector control provides the insensitivity to the parametric variations compared to the classical one. The fuzzy vector control scheme is successfully implemented in real-time using a digital signal processor board dSPACE 1104. The efficiency of this technique is verified as well as experimentally at different dynamic operating conditions such as sudden loads change, parameter variations, speed changes, etc. The fuzzy vector control is found to be a best control for application in an induction motor.     

基于神经网络逆系统的发酵过程多变量解耦控制

发酵过程是时变、非线性、不确定的多变量耦合系统，高性能的解耦控制一直是追求的目标。将逆系统方法与神经网络相结合，提出了一种基于神经网络逆系统的发酵过程解耦控制方法。根据发酵过程的特点，给出了相应的数学模型，并证明了系统的可逆性，进一步构造神经网络逆系统并与发酵系统串联复合成伪线性系统，再设计线性闭环调节器实现高性能解耦控制。仿真结果表明，提出的解耦控制方法能够适应过程模型的不确定性和参数的时变性，具有较强的鲁棒性，克服了解析逆系统解耦控制方案依赖于过程模型和对模型参数的变化很敏感的缺点。     

无轴承异步电机关键技术与发展趋势

无轴承异步电机集磁轴承和异步电机优点于一体,既能产生支承转子的径向悬浮力,又能产生驱动负载的电磁转矩,在高速机床电主轴、压缩机、涡流分子泵、计算机硬盘驱动等特殊场合具有广泛的应用前景。在介绍无轴承异步电机工作原理的基础上,对迄今为止出现的具有代表性的无轴承异步电机结构、数学模型以及控制技术进行了综述,针对目前无轴承异步电机的研究现状和不足之处,探讨了无轴承异步电机技术的研究方向和发展趋势,以期为进一步研究无轴承异步电机技术指明方向。     

直线电动机驱动3-DOF磁浮平台推力解耦控制

介绍一种新型的磁悬浮平台,应用多变量非线性的逆系统理论,对直线电动机驱动的磁悬浮平台这一多变量、非线性和强耦合的对象通过状态反馈线性化实现动态解耦控制,使其成为三个子系统。同时借助干扰观测器对扰动实现完全抑制。仿真结果表明,这种控制方案有良好的动态、静态特性和鲁棒性。     

电磁轴承-无轴承电机系统在转子主动控制的应用研究

主动磁轴承借助电磁力来控制转子的振动,无轴承电机在实现转矩控制的同时实现电机的悬浮控制。本文在对永磁偏置三自由度电磁轴承和两自由度无轴承电机的磁悬浮机理一般性描述的基础上,分析了其产生的悬浮控制力。并以转子电磁振动为研究对象,结合电磁轴承和无轴承电机的特点,提出利用一种新型的五自由度磁悬浮异步电机作为执行机构对转子电磁振动进行主动控制,实现了转子系统稳定工作。此系统可以有两方面的应用,既可以用做转子的支承,也可以用做转子振动主动控制的增稳。     

无轴承电机的建模与控制仿真

给出感应式异步无轴承电机二自由度实验结构,建立了控制系统模型,并在一定的性能指标下对控制系统进行了仿真。分析和仿真的结果表明,控制策略精度高、鲁棒性强,具有良好的动静态性能。