專利名稱：基于多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型的多相電機容錯控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電機控制領域，尤其是一種多相電機容錯控制方法及系統(tǒng)，用于電動汽車、船舶推進器等高可靠性的電力傳動。
背景技術：
目前，多相電機的容錯控制方法主要分成三類第一類是發(fā)生故障后，僅改變剩余相電流幅值及相位以維持定子旋轉磁勢不變，從而保證電機輸出轉矩不變，并在此基礎上， 考慮抑制轉矩脈動，以及剩余相繞組空間對稱關系從而獲得空間對稱的剩余相容錯電流， 實現(xiàn)多相電機的容錯控制。第二類的容錯控制方法是僅考慮銅耗最小，轉矩脈動最小化等條件，計算出剩余相電流。此二類方法都未考慮電機發(fā)生故障后導致電機參數(shù)的變化，由于原控制器參數(shù)與故障電機參數(shù)不匹配，因而導致系統(tǒng)控制性能惡化。第三類方法是根據(jù)故障情形，建立各種故障情形下電機的數(shù)學模型，并分別對每種故障下的電機模型設計相應的控制器，以實現(xiàn)電機的容錯控制。這種方法雖然考慮了電機的故障導致電機參數(shù)變化的問題，但在實施過程中需要對每種故障情形都要建立數(shù)學模型并設計控制器，控制復雜，不易實現(xiàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡逆系統(tǒng)解耦控制方法已經(jīng)在電機控制領域獲得了廣泛的應用，利用神經(jīng)網(wǎng)絡的非線性逼近能力去構建電機或多電機的逆系統(tǒng)，從而獲得高性能控制。目前，還未見有將神經(jīng)網(wǎng)絡逆系統(tǒng)應用于多相電機容錯控制的文獻報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有多相電機容錯控制方法的不足，利用現(xiàn)有神經(jīng)網(wǎng)絡逆系統(tǒng)理論， 提出一種新穎的基于多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型的多相電機的容錯控制方法，提高多相電機控制的可靠性；本發(fā)明同時還提出實現(xiàn)該容錯控制方法的控制系統(tǒng)。本發(fā)明基于多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型的多相電機容錯控制方法的技術方案是采用如下步驟1)當五相永磁電機無故障時，由電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊選擇正常逆模型及2/5電流變換器串聯(lián)在滯環(huán)電流比較器之前，根據(jù)設定轉速與光電編碼器反饋的轉速經(jīng)第一附加控制器計算輸出轉速的二階導數(shù)，由設定的定子磁鏈
Ψ5與電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊觀測并反饋的定子磁鏈經(jīng)第二附加控制器計算輸出定子磁鏈Ψ3的一階導數(shù)；將第一、第二附加控制器的輸出信號作為正常逆模型的輸入信號，正常逆模型輸出信號為給定定子Ag軸電流4 , ‘，經(jīng)2/5電流變換器變換為五相
永磁電機的定子電流。輸出給滯環(huán)電流比較器，控制逆變器驅動五相永磁電機
獲得正常運行，根據(jù)轉速的響應修改第一、第二附加控制器的參數(shù)；2)當五相永磁電機出現(xiàn) A相開路故障時，由電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊檢測開路故障并選擇故障逆模型及 2/4電流變換器串聯(lián)在滯環(huán)電流比較器之前，根據(jù)設定轉速與光電編碼器反饋的轉速，經(jīng)第一附加控制器計算輸出轉速的二階導數(shù)，由設定的定子磁鏈與電流檢測磁鏈觀測逆模
型切換模塊觀測并反饋的定子磁鏈經(jīng)第二附加控制器計算輸出定子磁鏈的一階導數(shù)，將第一、第二附加控制器的輸出信號作為故障逆模型的輸入信號，故障逆模型輸出信號為給定定子A 7軸電流Jii/ , ‘‘，經(jīng)2/4電流變換器變換成五相永磁電機的四相定子容錯電
流ξ, Vc, Id, ζ ；輸出給滯環(huán)電流比較器，控制逆變器驅動五相永磁電機獲得容錯控制，不改第一、第二附加控制器中的參數(shù)。本發(fā)明基于多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型的多相電機容錯控制系統(tǒng)采用的技術方案是包括容錯控制器，容錯控制器由第一、第二附加控制器、多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫和電流變換器組成；電流變換器由2/5電流變換器、2/4電流變換器組成；多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫由正常逆模型和故障逆模型組成；在充分激勵條件下分別采集五相永磁電機正常運行和故障運行時的輸入輸出數(shù)據(jù)，分別離線訓練第一、第二靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡獲得正常逆模型、故障逆模型；多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫與電流變換器、滯環(huán)電流比較器、逆變器以及五相永磁電機相串聯(lián)獲得偽線性系統(tǒng)，針對偽線性系統(tǒng)設計第一、第二附加控制器；光電編碼器與第一附加控制器相接組成五相永磁電機的轉速控制回路；五相永磁電機輸入端連接電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊，電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊輸出分別連接滯環(huán)電流比較器、電流變換器、 多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫和第二附加控制器，電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊輸出五相永磁電機的各相電流反饋給滯環(huán)電流比較器、輸出故障信息給電流變換器及多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫；電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊與第二附加控制器構成定子磁鏈控制回路。本發(fā)明的有益效果是
1、采用神經(jīng)網(wǎng)絡逆來分別獲取電機正常和故障狀態(tài)逆模型，獲得一個不變的偽線性系統(tǒng)，只需考慮開路后將神經(jīng)網(wǎng)絡逆輸出的定子A 7軸電流變換成四相參考電流即可，即只需調(diào)整剩余四相電流的相位關系，因此，相比較現(xiàn)有多相電機容錯控制方法，本發(fā)明的容錯電流幅值并沒有增加，降低了對逆變器功率器件的要求，降低了電路成本。2、本發(fā)明一方面發(fā)揮了神經(jīng)網(wǎng)絡較強的非線性逼近電機逆系統(tǒng)模型的能力，在電機故障導致電機模型參數(shù)變化后，依然能夠準確逼近電機逆系統(tǒng)，具備了較強的容錯性和魯棒性。另一方面，由于正常及故障下的電機都有與之匹配的神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型與之對應串聯(lián)，所獲得的偽線性系統(tǒng)是一個不變的偽線性系統(tǒng)，因此，當電機故障時，無需再次修改附加控制器的控制參數(shù)，提高了容錯控制器對電機繞組故障的適應性。
圖1為本發(fā)明容錯控制系統(tǒng)的結構框圖； 圖2為五相電機正常運行時電流向量圖3為五相電機A相開路時剩余相容錯電流向量圖中1.五相永磁電機；2.逆變器；3.滯環(huán)電流比較器；4.電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊；5.光電編碼器；6.多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫；7.電流變換器；8.偽線性系統(tǒng)；9.容錯控制器；61.正常逆模型；62.故障逆模型；71. 2/5電流變換器；72. 2/4電流變換器；91、 92.第一、第二附加控制器；631、632.第一、第二靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡。
具體實施例方式以反電勢為正弦波的五相永磁電機為對象，詳細說明本發(fā)明基于多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型的多相電機容錯控制系統(tǒng)及控制方法。該多相電機容錯控制系統(tǒng)包括容錯控制器9，容錯控制器9由第一、第二附加控制器91、92、多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫6和電流變換器7組成，電流變換器7由2/5電流變換器71、 2/4電流變換器72組成，其中2/5電流變換器71是將正常逆模型61輸出的定子Ag軸電
流Ii,、Iv變換為/1.411定J' ι Ii流W…d，V '2/4電流變換器72是將故障逆模型62輸出
的定子A 7軸電流/ '、/〃變換為四相容錯的定子電流 ^ -, Κ。在容錯控制器9之
后依次串接滯環(huán)電流比較器3、逆變器2和五相永磁電機1，滯環(huán)電流比較器3和逆變器2 驅動五相永磁電機1。整個控制系統(tǒng)由定子磁鏈控制回路和轉速控制回路組成，光電編碼器 5檢測并反饋五相永磁電機1的轉速，光電編碼器5與第一附加控制器91相接組成五相永磁電機1的轉速控制回路。五相永磁電機1的輸入端連接電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊4，電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊4輸出分別連接滯環(huán)電流比較器3、電流變換器7、 多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫6和第二附加控制器92。電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊4輸出五相永磁電機1的各相電流反饋給滯環(huán)電流比較器3、輸出故障信息給電流變換器7以及多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫6，選擇相應的逆模型和電流變換器。電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊4
觀測電機定子磁鏈，與第二附加控制器92構成定子磁鏈控制回路。多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫6由正常逆模型61和故障逆模型62組成。多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫6與電流變換器7、滯環(huán)電流比較器3、逆變器2以及五相永磁電機1相串聯(lián)獲得偽線性系統(tǒng)8。針對所獲得的偽線性系統(tǒng)8，利用線性系統(tǒng)理論設計得到第一附加控制器91及第二附加控制器92。以五相永磁電機1的A相開路故障為例，詳細說明本發(fā)明的控制方法的實施 首先，利用常規(guī)的逆系統(tǒng)理論對五相永磁電機1的數(shù)學模型(見下式(1))進行可逆性
分析，證明五相永磁電機1是可逆性，存在逆模型。其次，在常規(guī)PI控制的充分激勵條件，采集五相永磁電機1正常運行時的輸入輸出數(shù)據(jù)，離線訓練第一靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡631，逼近正常電機的逆模型，由第一靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡 631獲得正常逆模型61。采集五相永磁電機1的A相開路故障下的輸入輸出數(shù)據(jù)，離線訓練第二靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡632，逼近故障電機的逆模型，由第二靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡632獲得故障逆模型62。其中，反電動勢為正弦分布的五相永磁電機1的狀態(tài)方程描述如下
權利要求
1.基于多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型的多相電機容錯控制方法，其特征是具有如下步驟1)當五相永磁電機(1)無故障時，由電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊(4)選擇正常逆模型(61)及2/5電流變換器(71)串聯(lián)在滯環(huán)電流比較器(3 )之前，根據(jù)設定轉速與光電編碼器(5)反饋的轉速經(jīng)第一附加控制器(91)計算輸出轉速的二階導數(shù)，由設定的定子磁鏈與電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊(4)觀測并反饋的定子磁鏈Ψ5經(jīng)第二附加控制器(92)計算輸出定子磁鏈的一階導數(shù)；將第一、第二附加控制器(91、92)的輸出信號作為正常逆模型(61)的輸入信號， 正常逆模型(61)輸出信號為給定定子A《軸電流4 , & ,經(jīng)2/5電流變換器(71)變換為五相永磁電機(1)的定子電流^ ,輸出給滯環(huán)電流比較器(3)，控制逆變器(2)驅動五相永磁電機(1)獲得正常運行，根據(jù)轉速的響應修改第一、第二附加控制器(91、92) 的參數(shù)；2)當五相永磁電機(1)出現(xiàn)如A相開路故障時，由電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊 (4)檢測開路故障并選擇故障逆模型(62)及2/4電流變換器(72)串聯(lián)在滯環(huán)電流比較器 (3)之前，根據(jù)設定轉速與光電編碼器(5)反饋的轉速，經(jīng)第一附加控制器(91)計算輸出轉速的二階導數(shù)，由設定的定子磁鏈與電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊(4)觀測并反饋的定子磁鏈經(jīng)第二附加控制器(92)計算輸出定子磁鏈Ψ，的一階導數(shù)，將第一、第二附加控制器(91、92)的輸出信號作為故障逆模型(62)的輸入信號，故障逆模型(62)輸出信號為給定定子A Q軸電流，Zi/，經(jīng)2/4電流變換器(72)變換成五相永磁電機(1)的四相定子容錯電流i‘，i:,iK ;輸出給滯環(huán)電流比較器(3)，控制逆變器(2)驅動五相永磁電機(1)獲得容錯控制，不改第一、第二附加控制器(91、92)中的參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的多相電機容錯控制方法，其特征是2/4電流變換器(72)的電流變換表示為
3.根據(jù)權利要求1所述的多相電機容錯控制方法，其特征是2/5電流變換器(71)的電流變換表示為
4. 一種實現(xiàn)權利要求1所述多相電機容錯控制方法的系統(tǒng)，包括容錯控制器(9)，其特征是容錯控制器(9)由第一、第二附加控制器(91、92)、多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫(6)和電流變換器(7)組成；電流變換器(7)由2/5電流變換器(71)、2/4電流變換器(72)組成；多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫(6)由正常逆模型(61)和故障逆模型(62)組成；在充分激勵條件下分別采集五相永磁電機(1)正常運行和故障運行時的輸入輸出數(shù)據(jù)，分別離線訓練第一、第二靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(631、632 )獲得正常逆模型(61)、故障逆模型(62 )；多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫(6 )與電流變換器(7)、滯環(huán)電流比較器(3)、逆變器(2)以及五相永磁電機(1)相串聯(lián)獲得偽線性系統(tǒng)(8)，針對偽線性系統(tǒng)(8)設計第一附加控制器(91)及第二附加控制器(92)；光電編碼器(5)與第一附加控制器(91)相接組成五相永磁電機(1)的轉速控制回路；五相永磁電機 (1)輸入端連接電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊(4 )，電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊 (4)輸出分別連接滯環(huán)電流比較器(3)、電流變換器(7)、多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫(6)和第二附加控制器(92)，電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊(4)輸出五相永磁電機(1)的各相電流反饋給滯環(huán)電流比較器(3)、輸出故障信息給電流變換器(7)及多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型庫(6)； 電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊(4)與第二附加控制器(92)構成定子磁鏈控制回路。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電機控制領域中的基于多神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型的多相電機容錯控制方法及系統(tǒng)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡逆來分別獲取電機正常和故障狀態(tài)逆模型，在正常及故障下由電流檢測磁鏈觀測逆模型切換模塊選擇相應的逆模型及電流變換器串聯(lián)在滯環(huán)電流比較器之前，獲得一個不變的偽線性系統(tǒng)，只需考慮開路后將神經(jīng)網(wǎng)絡逆輸出的定子d，q軸電流變換成四相參考電流，只需調(diào)整剩余四相電流的相位關系；當電機故障導致電機模型參數(shù)變化后，無需再次修改附加控制器的控制參數(shù)依然能夠準確逼近電機逆系統(tǒng)，提高了容錯控制器對電機繞組故障的適應性，具備了較強的容錯性和魯棒性，降低了對逆變器功率器件的要求及電路成本。
文檔編號H02P21/14GK102522945SQ201210005220
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權日2012年1月10日
發(fā)明者劉國海, 張多, 趙文祥 申請人:江蘇大學