專利名稱：一種無軸承永磁同步電機磁鏈的軟測量方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于電力傳動與信息科學交叉領域，是一種基于加權(quán)最小二乘支持向量機 (Weighted Least Square Support Vector Machine, WLS-SVM) 車由7 * 同&電豐幾石茲 鏈的軟測量方法，為實現(xiàn)無軸承永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力實時在線控制創(chuàng)造了條 件，適用于無軸承永磁同步電機的高性能控制。
背景技術(shù)：
無軸承永磁同步電機不僅具有永磁同步電機伺服系統(tǒng)體積小、重量輕、效率高、功 率因數(shù)高、控制特性好等優(yōu)點，而且具有磁軸承無摩擦、無磨損、不需潤滑、高轉(zhuǎn)速和高精度 等優(yōu)點，從而使其在航空航天、生物醫(yī)藥、半導體制造等特殊領域具有廣泛的應用前景。無軸承永磁同步電機是在傳統(tǒng)的永磁同步電機的氣隙磁場(永磁體激勵的磁場與 轉(zhuǎn)矩繞組激勵的磁場，這兩部分磁場合稱為“轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁場”)的基礎上，由電機定子中 的懸浮力繞組激勵懸浮力繞組氣隙磁場，這兩部分磁場相互疊加，所以電機氣隙磁場空間 分布非常復雜，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動電機中的磁場分布作周期性變化，在運行中，隨著負載和轉(zhuǎn)速 的不同，磁通、電流、轉(zhuǎn)矩、徑向位移各量均呈現(xiàn)出不同的變化波形。繞組的電感和磁鏈均是 轉(zhuǎn)子位置角、徑向位移和各繞組電流的非線性函數(shù)。實現(xiàn)無軸承永磁同步電機正常懸浮運 行的基礎是需要對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子徑向懸浮力進行實時控制，而轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力都是根據(jù)電 磁理論虛位移法，對繞組磁能求偏導而來，而磁能又是通過磁鏈與繞組的電感矩陣求得。因 此，求得磁鏈的非線性關(guān)聯(lián)模型是對無軸承永磁同步電機進行實時在線控制的基礎。目前已有很多文獻提出了磁鏈的測量方法基于探測線圈的直接測量法、基于定 子電壓磁鏈模型法、新型的磁鏈積分法、擴展卡爾曼濾波法等。直接測量法受噪聲干擾和電 機參數(shù)誤差影響很大；基于定子電壓磁鏈模型法用積分的方式實現(xiàn)，由于該方法利用純積 分運算來計算磁鏈，因此即使觀測模型的參數(shù)完全準確，電壓、電流信號中微小的直流偏差 仍會產(chǎn)生較大的累計誤差而導致積分結(jié)果偏移甚至飽和從而影響觀測精度；新型的磁鏈積 分法是在一階低通濾波器的基礎上將輸出的磁鏈引回作反饋，建立一種純積分和低通濾波 環(huán)節(jié)之間的算法，控制效果顯著但算法比較復雜，而且低通濾波器的引入使磁鏈的幅值和 相位都發(fā)生了變化，在低速范圍時的影響更為嚴重；擴展卡爾曼濾波法運用最小方差最優(yōu) 預測估計法削弱隨機干擾和測量噪聲，在一定程度上提高了低速時的控制精度，但算法復 雜，參數(shù)配置缺乏一定的標準，運算量很大。近年來軟測量技術(shù)在工業(yè)中獲得了大量成功的應用，解決了許多不可測關(guān)鍵控制 指標的測量問題。軟測量技術(shù)是通過可測的輔助變量建立關(guān)于不可測(或難以測量)的主 導變量的模型，從而在線估計出實時連續(xù)的質(zhì)量指標估計值。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前無軸承永磁同步電機中磁鏈的高度非線性以及難測量等特征，為了解決 無軸承永磁同步電機穩(wěn)定懸浮運行中非常重要但是難以直接用物理傳感器在線實時測量或?qū)崟r測量代價非常高的磁鏈變量測量方法之不足而提供一種基于加權(quán)最小二乘支持向 量機的無軸承永磁同步電機磁鏈的軟測量方法，無需對無軸承永磁同步電機系統(tǒng)進行任何 改動即可實現(xiàn)磁鏈的實時、在線、精確的預測控制。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是依次采用如下步驟1)選取無軸承永磁 同步電機的轉(zhuǎn)子位置角X i、轉(zhuǎn)矩繞組電流X2、懸浮力繞組電流X 3、轉(zhuǎn)子偏心位 移X4作為無軸承永磁同步電機磁鏈軟測量模型的4個輸入變量，輸出變量為磁 鏈_7;2)采集有代表性的輸入變量和輸出變量樣本數(shù)據(jù)，對輸出變量和輸入變量 均進行歸一化預處理，對歸一化后的相應值Csx1, sx2，i3，sx4，形成建模樣 本集；3)對建模樣本集進行殘差分析，得到各個樣本權(quán)值基于樣本權(quán)值訓練建 模樣本集，利用加權(quán)最小二乘支持向量機建立無軸承永磁同步電機磁鏈關(guān)聯(lián)模型
權(quán)利要求
1.一種無軸承永磁同步電機磁鏈的軟測量方法，其特征在于依次采用如下步驟1)選取無軸承永磁同步電機的轉(zhuǎn)子位置角X1、轉(zhuǎn)矩繞組電流X2、懸浮力繞組電流X3、轉(zhuǎn) 子偏心位移&作為無軸承永磁同步電機磁鏈軟測量模型的4個輸入變量，輸出變量為磁鏈Jr ；2 )采集有代表性的輸入變量和輸出變量樣本數(shù)據(jù)，對輸出變量和輸入變量均進行歸一 化預處理，對歸一化后的相應值D^p^yiyiy^]形成建模樣本集；3)對建模樣本集進行殘差分析，得到各個樣本權(quán)值基于樣本權(quán)值訓練建模 樣本集，利用加權(quán)最小二乘支持向量機建立無軸承永磁同步電機磁鏈關(guān)聯(lián)模型
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無軸承永磁同步電機磁鏈的軟測量方法，其特征在于步驟3)的樣本權(quán)值Wj通過式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于加權(quán)最小二乘支持向量機的無軸承永磁同步電機磁鏈的軟測量方法，先選取無軸承永磁同步電機的轉(zhuǎn)子位置角、轉(zhuǎn)矩繞組電流、懸浮力繞組電流、轉(zhuǎn)子偏心位移作為無軸承永磁同步電機磁鏈軟測量模型的4個輸入變量，輸出變量為磁鏈y；采集有代表性的輸入變量和輸出變量樣本數(shù)據(jù)，對輸出變量和輸入變量均進行歸一化預處理，對歸一化后的相應值形成建模樣本集；再對建模樣本集進行殘差分析，得到各個樣本權(quán)值訓練建模樣本集，利用加權(quán)最小二乘支持向量機建立無軸承永磁同步電機磁鏈關(guān)聯(lián)模型，最后對sy值進行反歸一化處理后即可得到磁鏈y，實現(xiàn)了無軸承永磁同步電機的磁鏈值在線實時預測控制。
文檔編號H02P21/14GK102075136SQ20111000388
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者孫曉東, 張婷婷, 張濤, 朱熀秋, 楊澤斌 申請人:江蘇大學