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专利号: 2021104178747
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双神经网络自学习的IPMSM自抗扰控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,建立内置式永磁同步电机在同步旋转坐标系d轴和q轴下的电压方程、电磁转矩方程和机械运动方程;

步骤2,设计三阶跟踪‑微分器得到转子位置跟踪信号v1、一阶微分信号v2和二阶微分信号v3;

步骤3,设计三阶非线性扩张状态观测器对转子位置角度θm、转子位置角的一阶微分信号、二阶微分信号及扰动进行观测;

步骤4,根据步骤2和步骤3设计非线性状态误差反馈控制率;

步骤5,根据步骤3,设计RBF神经网络对非线性扩张状态观测器进行在线参数整定;

步骤6,根据步骤4,设计BP神经网络对非线性状态误差反馈控制率进行在线参数整定;

步骤1中电机在同步旋转坐标系下的电压方程为:其中:id和iq分别是定子电流的直、交轴分量;Rs为定子电阻;p为微分运算;ud和uq分别为定子电压直、交轴分量;Ld和Lq分别为定子电感的直、交轴分量;ψf为转子永磁体磁链,ωe是电机旋转的电角速度;

同步旋转坐标系下的电机电磁转矩方程为:Te=1.5pniq[ψf+id(Ld‑Lq)]    (2)根据转子位置和转速的关系:

当采用id=0矢量控制时,同步旋转坐标系下电机机械运动方程为:式(2)‑(4)中:pn为电机的极对数;TL为负载转矩;B为阻尼系数;θm为电机的转子机械角度,ωm为电机的转子机械角速度;

步骤2中:

定义跟踪函数:

3 2

fst=‑r[v1(k)‑vref(k)]‑3rv2(k)‑3rv3(k)     (5)三阶跟踪微分器的离散形式如下:

式中:v1(k+1)为原信号的跟踪信号,v2(k+1)为原信号的一阶微分信号,v3(k+1)为原信号二阶微分信号,h0为系统采样周期;

通过式(6)求得v1、v2和v3;

步骤3中设计的三阶非线性扩张状态观测器如下:其中:

式中:z1,z2,z3分别为转子位置θm、ωm以及扰动的估计值;fal(ek,α,δ)是原点附近具有线性段的连续幂次函数,作为误差反馈函数;δ为线性段的区间长度,且δ∈(0,1);β01、β02、β03为观测器增益;a为非线性段区间的幂次,为待确定常数;

对应离散形式的ESO表示为:

步骤4中非线性状态误差反馈离散方程表示为:式中,β1和β2分别为比例增益和微分增益;α1和α2为非线性因子,δ1为滤波因子;

经过补偿后的控制量为:

步骤5设计RBF神经网络对非线性扩张状态观测器中的β01、β02、β03进行在线整定,T取x=[uc(k),y0(k),y0(k‑1)] 作为RBF神经网络输入向量,其中uc(k)和y0(k)分别为系统的控制量和系统输出量;隐含层取6个节点,即q的取值为6;所构造的误差逼近函数en(k)及误差目标函数J0如下:利用最速梯度下降法,得输出权系数wj(k)、节点基宽参数σj(k)和节点中心cij(k)的迭代算法分别为:式中η0为学习速率,取值范围为[0,1],α1为动量因子,取值范围为[0,1];

定义:

式中,a1,a2,a3为常数,且取值范围都是(0,1];n为大于1的正整数,则原网络变为优化a1,a2,a3这三个常数;

若控制器的参考输入为θmr,反馈输入为θmf,则定义:erf=θmr‑θmf       (16)根据系统输入与输出间的误差,a1,a2,a3增量系数分别为:a1,a2,a3三参数整定公式如下:式中 为被控对象Jacobian信息,Jacobian矩阵为:经过RBF神经网络及修正学习算法输出的控制量修正值和实际输出值为:步骤6设计BP神经网络对非线性状态误差反馈控制率中的参数β1和β2进行在线整定:构造目标函数:

根据最速梯度下降法得输出层神经元权系数的修正公式为:式中,η为学习速率,η>0;βg(g=1,2)为隐含层与输出层的权系数;

结合单神经元算法,构造符号函数L(k)使得:则调整后的加权系数公式为: