基于神經網絡的永磁同步電機參數自整定速度控制器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于永磁同步電機控制技術領域，具體涉及一種基于神經網絡的永磁同步 電機參數自整定速度控制器。
【背景技術】
[0002] 在永磁同步電機調速系統中，通常要求電機具有良好的動態、穩態特性及抗擾性。 傳統的PID控制器因其易于實現的特點在永磁同步電機驅動系統中得到了普遍的應用，其 控制性能在多數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 三個部分加權組成，其參數的整定和優化很大程序上依靠工程師的經驗；另一方面，環境因 素包括電機參數的變化會在相當程度上影響傳統定參數PID控制器的控制性能。
[0003] 基于神經網絡的控制是一種非線性的控制方案，其輸出為輸入的加權處理，并根 據相應規則實時修正權重以得到更合適的輸出結果。使用梯度下降法訓練神經網絡及更新 神經網絡權重，其工作原理為：以速度跟蹤偏差的平方值為性能指標，按該性能指標相對某 權重的負梯度方向為搜索方向，設置學習率來調節更新與訓練的強度。相比于PID控制，神 經網絡控制器對環境變化具有良好的適應性，且參數不需要太多人為干擾，更具有智能性。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種基于神經網絡的永磁同步電機自整定速度控制器，以實 現永磁同步電機的高性能速度動態響應控制，提高速度控制器對參數變化的魯棒性。本發 明的實施對象為永磁同步電機，以速度環的小信號模型及PID控制器為基礎提出基于神經 網絡的速度控制器結構，引入重新訓練機制，提高控制器的動態響應性能。
[0005] 1.所述速度控制器的管理部分包括：權重更新單元、重新訓練單元和管理單元； 權重更新單元實時更新權重值以調節輸出結果，重新訓練單元對神經網絡的權重值重新進 行訓練，以將輸出限定在允許的范圍內，管理單元通過對轉矩的觀測及內部轉矩給定發生 器，判定是否需要啟動重新訓練單元；
[0006] 2.速度控制器的神經元結構：
[0007] 根據速度環的離散小信號模型及PID控制系統結構得到單神經元控制器結構，該 神經元有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），及各輸入對應的權值，輸出經過tan-sigmoid函數限幅。速度環的離散小信 號模型為
【主權項】
1. 基于神經網絡的永磁同步電機自整定速度控制器，其特征是，包括權重更新單元、重 新訓練單元和管理單元；權重更新單元實時更新權重值以調節輸出結果，重新訓練單元對 神經網絡的權重值重新進行訓練，以將輸出限定在允許的范圍內，管理單元通過對轉矩的 觀測及內部轉矩給定發生器，判定是否需要啟動重新訓練單元；速度控制器的神經元結構 為單神經元結構，該神經元有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，及各輸入對應的權值，輸出經過tan-sigmoid函數限幅；速度環的離 散小信號模型為
其中Λ?；(η)是當前控制周期上轉矩的變化量，Λ ω (η+1)、Λ ω (n)分別為期望的速 度改變量與當前速度改變量，Jm為電機慣量，B m為粘滯系數，T s為控制周期； 速度控制器內部轉矩發生器根據當前采樣周期控制器輸出及速度變化量估測負載情 況，并根據負載轉矩估測值、速度跟蹤誤差及控制規律計算轉矩給定曲線；負載轉矩估測值 為
其中?Υ(η)為當前周期估測的負載情況，TANN(n)為當前周期神經網絡控制器輸出， △ ω (η)、ω (n)分別為當前周期速度改變量及當前速度； 轉矩給定曲線選為
其中e為自然指數，ω?為期望速度，γ用于調節控制器的剛性。
2. 如權利要求1所述基于神經網絡的永磁同步電機自整定速度控制器，其特征是，在 每個控制周期中，所述管理單元監管權重更新單元及重新訓練單元的工作，使兩者相互配 合，保證速度控制器的正常運行及動態響應；當控制器的輸出偏離內部轉矩發生器產生的 轉矩給定曲線超出一定范圍[1_1，1+1]!'#時，則對神經網絡重新訓練，其中|為誤差容 忍度系數。
3. 如權利要求2所述基于神經網絡的永磁同步電機自整定速度控制器，其特征是，重 新訓練過程按照梯度下降法實施，當新產生的權值使輸出重新回到[1- ξ，1+ ξ ]TMf范圍內 時即完成重新訓練。
【專利摘要】本發明提供了一種基于人工神經網絡的永磁同步電機自整定速度控制器。以速度環的小信號模型為基礎，結合PID控制器物理意義明顯、結構簡單的優勢，以及神經網絡強大的自適應能力，本發明設計了一個基于神經網絡的速度控制器，由權重更新單元、重新訓練單元和管理單元組成。權重更新單元實時更新權重值以調節輸出結果，重新訓練單元對神經網絡的權重值重新進行訓練，以將輸出限定在允許的范圍內，管理單元通過對轉矩的觀測及內部轉矩給定發生器，判定是否需要啟動重新訓練單元。在每個控制周期中，管理單元監管權重更新單元及重新訓練單元的工作，使兩者相互配合，實現良好的實時速度控制。該發明提高了速度響應的性能，對參數變換具有很好的魯棒性。
【IPC分類】H02P6-06, H02P6-08
【公開號】CN104852639
【申請號】CN201510275336
【發明人】王艷, 劉洋, 吳定會, 紀志成
【申請人】江南大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月26日