LS-SVM无轴承异步电机多变量非线性解耦控制研究

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无轴承异步电机作为一种新型电机,既有传统电机的驱动能力,又可以产生支撑转子悬浮的径向悬浮力。其因为具有无摩擦、功耗小、可靠性较高等优点,已经在越来越多的领域得到运用,并且其研究价值及应用价值也正得到更多人的关注。无轴承异步电机的转子能够悬浮是因为在定子槽中叠加了一套悬浮绕组,从而打破电机中原有的对称性磁密分布,使麦克斯韦合力不为0。也正因此,电机的悬浮部分与转矩部分有非常强的耦合性,使无轴承异步电机变为一个非常复杂的非线性耦合系统。  本文在国家自然基金(61174055)以及江苏省“青蓝工程”项目的支持下,针对无轴承异步电机的非线性强耦合的特点,重点研究了如何对系统进行线性化解耦控制以提高系统的控制精度及可靠性问题,并且使用LS-SVM(leastsquares support vector machine)方法对悬浮部分进行了位移预测。论文的主要工作包括以下几点:  首先通过综合国内外的参考资料,分析并总结了无轴承异步电机的研究背景、发展情况、以及发展趋势。根据其工作原理以及内部磁力分布,分别推导出了BIM(bearingless induction motor)的旋转部分以及悬浮部分的数学模型,并且在Matlab仿真软件中进行模型正确性的验证。  其次,介绍了逆系统解耦方法以及最小二乘支持向量机理论。通过两者的结合,设计了基于LS-SVM逆的无轴承异步电机解耦控制方法。此方法是在LS-SVM辨识出的原系统模型的基础上,构建伪线性系统,将系统解耦成四个独立系统。为了实现更好的控制效果,选择了模糊自适应PID控制器对系统进行闭环控制。在系统的悬浮部分,添加了LS-SVM位移预测模型,实现自检测功能。Matlab仿真结果显示:复合闭环控制取得了较好的解耦控制效果,保证了系统的动态性能及抗干扰能力。同时位移预测模型的效果较好。  最后,搭建了无轴承异步电机系统的数字控制平台。此平台是以dSPACE为核心工具,再借助外围硬件电路将电机与PC、dSPACE相连接,形成闭环控制。在线试验给出了系统各部分的监测波形,初步达到了预期效果。
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