基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)參數(shù)自整定速度控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于永磁同步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步 電機(jī)參數(shù)自整定速度控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，通常要求電機(jī)具有良好的動態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性及抗擾性。 傳統(tǒng)的PID控制器因其易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)在永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中得到了普遍的應(yīng)用，其 控制性能在多數(shù)條件下可以滿足要求。PID控制器的輸出由誤差、誤差累積以及誤差變化率 三個部分加權(quán)組成，其參數(shù)的整定和優(yōu)化很大程序上依靠工程師的經(jīng)驗(yàn)；另一方面，環(huán)境因 素包括電機(jī)參數(shù)的變化會在相當(dāng)程度上影響傳統(tǒng)定參數(shù)PID控制器的控制性能。
[0003] 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制是一種非線性的控制方案，其輸出為輸入的加權(quán)處理，并根 據(jù)相應(yīng)規(guī)則實(shí)時修正權(quán)重以得到更合適的輸出結(jié)果。使用梯度下降法訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及更新 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重，其工作原理為：以速度跟蹤偏差的平方值為性能指標(biāo)，按該性能指標(biāo)相對某 權(quán)重的負(fù)梯度方向?yàn)樗阉鞣较?，設(shè)置學(xué)習(xí)率來調(diào)節(jié)更新與訓(xùn)練的強(qiáng)度。相比于PID控制，神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器對環(huán)境變化具有良好的適應(yīng)性，且參數(shù)不需要太多人為干擾，更具有智能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)自整定速度控制器，以實(shí) 現(xiàn)永磁同步電機(jī)的高性能速度動態(tài)響應(yīng)控制，提高速度控制器對參數(shù)變化的魯棒性。本發(fā) 明的實(shí)施對象為永磁同步電機(jī)，以速度環(huán)的小信號模型及PID控制器為基礎(chǔ)提出基于神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的速度控制器結(jié)構(gòu)，引入重新訓(xùn)練機(jī)制，提高控制器的動態(tài)響應(yīng)性能。
[0005] 1.所述速度控制器的管理部分包括：權(quán)重更新單元、重新訓(xùn)練單元和管理單元； 權(quán)重更新單元實(shí)時更新權(quán)重值以調(diào)節(jié)輸出結(jié)果，重新訓(xùn)練單元對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重值重新進(jìn) 行訓(xùn)練，以將輸出限定在允許的范圍內(nèi)，管理單元通過對轉(zhuǎn)矩的觀測及內(nèi)部轉(zhuǎn)矩給定發(fā)生 器，判定是否需要啟動重新訓(xùn)練單元；
[0006] 2.速度控制器的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)：
[0007] 根據(jù)速度環(huán)的離散小信號模型及PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到單神經(jīng)元控制器結(jié)構(gòu)，該 神經(jīng)元有4個輸入，分別為速度給定、速度跟蹤誤差、速度跟蹤誤差變化率及一個常值輸入 (作為偏置），及各輸入對應(yīng)的權(quán)值，輸出經(jīng)過tan-sigmoid函數(shù)限幅。速度環(huán)的離散小信 號模型為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)自整定速度控制器，其特征是，包括權(quán)重更新單元、重 新訓(xùn)練單元和管理單元；權(quán)重更新單元實(shí)時更新權(quán)重值以調(diào)節(jié)輸出結(jié)果，重新訓(xùn)練單元對 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重值重新進(jìn)行訓(xùn)練，以將輸出限定在允許的范圍內(nèi)，管理單元通過對轉(zhuǎn)矩的 觀測及內(nèi)部轉(zhuǎn)矩給定發(fā)生器，判定是否需要啟動重新訓(xùn)練單元；速度控制器的神經(jīng)元結(jié)構(gòu) 為單神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，該神經(jīng)元有4個輸入，分別為速度給定、速度跟蹤誤差、速度跟蹤誤差變 化率及一個常值輸入，及各輸入對應(yīng)的權(quán)值，輸出經(jīng)過tan-sigmoid函數(shù)限幅；速度環(huán)的離 散小信號模型為
其中Λ?；(η)是當(dāng)前控制周期上轉(zhuǎn)矩的變化量，Λ ω (η+1)、Λ ω (n)分別為期望的速 度改變量與當(dāng)前速度改變量，Jm為電機(jī)慣量，B m為粘滯系數(shù)，T s為控制周期； 速度控制器內(nèi)部轉(zhuǎn)矩發(fā)生器根據(jù)當(dāng)前采樣周期控制器輸出及速度變化量估測負(fù)載情 況，并根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估測值、速度跟蹤誤差及控制規(guī)律計(jì)算轉(zhuǎn)矩給定曲線；負(fù)載轉(zhuǎn)矩估測值 為
其中?Υ(η)為當(dāng)前周期估測的負(fù)載情況，TANN(n)為當(dāng)前周期神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器輸出， △ ω (η)、ω (n)分別為當(dāng)前周期速度改變量及當(dāng)前速度； 轉(zhuǎn)矩給定曲線選為
其中e為自然指數(shù)，ω?為期望速度，γ用于調(diào)節(jié)控制器的剛性。
2. 如權(quán)利要求1所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)自整定速度控制器，其特征是，在 每個控制周期中，所述管理單元監(jiān)管權(quán)重更新單元及重新訓(xùn)練單元的工作，使兩者相互配 合，保證速度控制器的正常運(yùn)行及動態(tài)響應(yīng)；當(dāng)控制器的輸出偏離內(nèi)部轉(zhuǎn)矩發(fā)生器產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩給定曲線超出一定范圍[1_1，1+1]!'#時，則對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重新訓(xùn)練，其中|為誤差容 忍度系數(shù)。
3. 如權(quán)利要求2所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)自整定速度控制器，其特征是，重 新訓(xùn)練過程按照梯度下降法實(shí)施，當(dāng)新產(chǎn)生的權(quán)值使輸出重新回到[1- ξ，1+ ξ ]TMf范圍內(nèi) 時即完成重新訓(xùn)練。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)自整定速度控制器。以速度環(huán)的小信號模型為基礎(chǔ)，結(jié)合PID控制器物理意義明顯、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的自適應(yīng)能力，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度控制器，由權(quán)重更新單元、重新訓(xùn)練單元和管理單元組成。權(quán)重更新單元實(shí)時更新權(quán)重值以調(diào)節(jié)輸出結(jié)果，重新訓(xùn)練單元對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重值重新進(jìn)行訓(xùn)練，以將輸出限定在允許的范圍內(nèi)，管理單元通過對轉(zhuǎn)矩的觀測及內(nèi)部轉(zhuǎn)矩給定發(fā)生器，判定是否需要啟動重新訓(xùn)練單元。在每個控制周期中，管理單元監(jiān)管權(quán)重更新單元及重新訓(xùn)練單元的工作，使兩者相互配合，實(shí)現(xiàn)良好的實(shí)時速度控制。該發(fā)明提高了速度響應(yīng)的性能，對參數(shù)變換具有很好的魯棒性。
【IPC分類】H02P6-06, H02P6-08
【公開號】CN104852639
【申請?zhí)枴緾N201510275336
【發(fā)明人】王艷, 劉洋, 吳定會, 紀(jì)志成
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月26日