無軸承異步電機支持向量機軟測量及運行控制研究

《無軸承異步電機支持向量機軟測量及運行控制研究》是依託江蘇大學，由楊澤斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：無軸承異步電機支持向量機軟測量及運行控制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊澤斌
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

無軸承異步電機存在徑向力、轉矩和磁鏈多變數動態解耦，轉子徑向位移和轉速精確檢測等技術難題，嚴重製約著其高速精密運行。項目針對無軸承異步電機基本模型變化大、控制實時性要求高、模型解析逆難以求取等問題，結合逆系統方法與具有學習和逼近能力的支持向量機理論，提出高速無軸承異步電機支持向量機逆解耦控制，研究系統可逆性及支持向量機逆構造與線上調整的理論與方法，並針對高速精密性能要求，設計系統閉環魯棒控制器；考慮電機高速運行過程中繞組電流隨溫升、磁飽和、轉子偏心及負載等變化複雜，採用支持向量機軟測量方法建立轉子位移和轉速與繞組電流之間的軟測量模型，研究無位移和無速度感測器運行技術；設計數位訊號處理器與大規模邏輯器件的複合數字控制系統硬體和軟體，研究控制算法分解、規劃及在大規模邏輯器件中的實現技術。項目理論與技術結合，是無軸承異步電機進入工程套用研究的關鍵內容，對難以解決的高速電氣傳動問題具有重要意義。

結題摘要

項目以BIM(Bearingless Induction Motor)高速度、高精度、高可靠、低成本運行為目標，在BIM數學模型、可實現結構及其參數最佳化設計、徑向力電磁分析、非線性解耦控制、轉子徑向位移和轉速信息軟測量、數字控制系統實現等方面開展了研究工作，取得了多項創新性成果。在研究期限內，課題組獲江蘇省科學技術一等獎1項、教育部技術發明二等獎1項、中國石油和化學工業聯合會技術發明二等獎1項；發表論文28篇，其中SCI檢索10篇(包含1篇一區，1篇二區)，EI檢索21篇(含SCI檢索)；申請發明專利17項，其中授權7項。主要研究內容與創新成果概略如下： 1．分析了BIM轉子所受洛倫茲力和麥克斯韋力，並進行數學推導；在分析比較不同BIM可實現結構形式基礎上，設計了實驗用BIM系統機械結構，並最佳化其參數，外協加工了實驗樣機。 2．建立BIM數學模型，並提出採用有限元瞬態法，通過詳細分析不同情況BIM電磁場分布和徑向力計算值，驗證BIM懸浮機理以及徑向力數學模型正確性和精確度，為BIM進一步的精確懸浮解耦控制奠定了基礎。 3. 提出了基於最小二乘支持向量機(LSSVM)逆的BIM動態解耦控制方法，實現了BIM徑向力和電磁轉矩之間、以及徑向力之間的非線性動態解耦控制。 4. 提出了基於自適應模糊神經網路推理系統(ANFIS)的控制新策略。基於ANFIS控制原理，完成了控制器設計，控制變數和隸屬函式的選取、通過PID控制對輸入輸出數據的採集、根據選定的誤差準則修正隸屬函式參數。 5．提出了基於 LSSVM左逆的轉速軟測量策略，並套用該策略構建無速度感測器矢量控制系統仿真平台，結果表明該策略能在BIM寬速範圍內準確觀測出轉子速度，實現其在無速度感測器方式下的穩定懸浮運行。 6．提出了基於改進反電動勢法的無位置感測器控制。該方法在反電動勢法基礎上，加入低通濾波器減小徑向力繞組磁鏈的觀測誤差，同時對低通濾波器引起的相位和幅值偏差進行補償，獲得改進後的徑向力繞組磁鏈觀測模型，根據磁鏈-位移方程最終獲取轉子徑向偏移，實現轉子徑向位移自檢測。 7．提出了基於空間電壓矢量脈寬調製(SVPWM)算法的BIM矢量控制策略，並且對BIM轉矩繞組和徑向力繞組分別增加電流內環，改善了系統的控制性能。構建了以數位訊號處理器為核心的BIM數字驅動控制系統硬體和軟體系統，並開展了詳細的實驗研究。