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专利号: 2019102659158
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 工程元件或部件;为产生和保持机器或设备的有效运行的一般措施;一般绝热
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种五自由度交流主动磁轴承自抗扰解耦控制器,其特征是:由串接在复合被控对象(4)前的内部结构相同的五个自适应自抗扰控制器组成,分别控制单自由度被控对象,其*中的第一自适应自抗扰控制器(51)的输入为径向位移xa和径向位移的期望值xa 、输出为控*制电流期望值iax ,第二自适应自抗扰控制器(52)的输入为径向位移ya和径向位移的期望*值ya*、输出为控制电流期望值iay ,第三自适应自抗扰控制器(53)的输入为径向位移xb和径* *向位移的期望值xb、输出为控制电流期望值ibx ,第四自适应自抗扰控制器(54)的输入为径* *向位移yb和径向位移的期望值yb、输出为电流期望值iby ,第五自适应自抗扰控制器(55)的* *输入为轴向位移z和轴向位移的期望值z、输出为控制电流期望值iz ;每个自适应自抗扰控制器都由跟踪微分器、非线性状态误差反馈控制律、自适应扩张状态观测器、BP神经网络、*第一补偿因子和第二补偿因子组成,五个跟踪微分器的输入分别是径向位移的期望值xa 、* * *ya*、xb、yb 和轴向位移的期望值z ,其中的第一个跟踪微分器(511)的输出是对应的跟踪信号x1和微分信号x2,第一个自适应扩张状态观测器(512)的输入为复合被控对象的输出位移xa、三个参数β01、β02和β03、控制量u、输出为x1、x2的估计值z1、z2和总扰动的估计值z3,第一个非线性状态误差反馈控制律(513)的输入为误差e1=x1‑z1和e2=x2‑z2、输出为控制量u0,第一个BP神经网络(514)的输入为误差e1、e2、位移xa和偏置值1、输出为三个参数β01、β02和β03,*第一个第一补偿因子(515)的输入为误差u0‑z3、输出为至单自由度被控对象的电流ia ,第*一个第二补偿因子(516)的输入是电流ia ,输出是至自适应扩张状态观测器(512)的控制量u。

2.根据权利要求1所述的五自由度交流主动磁轴承自抗扰解耦控制器,其特征是:复合被控对象(4)由坐标变换模块(3)、功率驱动器(2)和五自由度交流主动磁轴承(1)依次串接组成,功率驱动器(2)由两个电流跟踪逆变器(21、22)与一个开关功率放大器(23)构成,坐标变换模块(3)由两个Clark逆变换模块(31、32)构成,第一Clark逆变换模块(31)串接于第一电流跟踪逆变器(21)前,第二Clark逆变换模块(32)串接于第二电流跟踪逆变器(22)前。

3.一种如权利要求1所述的五自由度交流主动磁轴承自抗扰解耦控制器的构造方法,其特征是包括如下步骤:步骤A:采用下式构造第一个跟踪微分器(511),得到跟踪信号x1和微分信号x2:* *

为最速综合函数,h0为积分步长;r0为速度因子;h为采样周期;xa (k)为径向位移xa 在k时刻的值;x1(k)为x1在k时刻的值;x1(k+1)为x1在k+1时刻的值;x2(k)为x2在k时刻的值;x2(k+1)为x2在k+1时刻的值;

步骤B:采用下式构造第一个自适应扩张状态观测器(512),得到其输出z1、z2和z3:u(k)为扰动补偿形成控制量u(k)=(u0(k)‑z3(k))/b0,u0(k)为控制量u0在k时刻的值;

fal为非线性函数,其表达式: z1(k)、z2(k)、z3(k)分别

为z1、z2、z3在k时刻的值,z1(k+1)、z2(k+1)、z3(k+1)分别为z1、z2、z3在k+1时刻的值,xa(k)为xa在k时刻的值,e为误差,h为采样周期,b0为第一补偿因子的估计值,b为第二补偿因子的值,b=1/b0;α1取0.5,α2取0.25,δ1>0,为采样周期的5~10倍;

步骤C:采用式u0=β1fal(e1,α3,δ2)+β2fal(e2,α4,δ2)构造第一个非线性状态误差反馈控制律(513),得到控制量u0;fal为非线性函数,误差e1=x1‑z1,e2=x2‑z2,α3取0.5,α4取

0.25,δ2>0,取采样周期的5~10倍;

步骤D:采用第一个BP神经网络(514)整定三个参数β01、β02和β03。

4.根据权利要求3所述的五自由度交流主动磁轴承自抗扰解耦控制器的构造方法,其特征是:步骤D中,第一个BP神经网络(514)采用三层结构,输入层是4个节点,输出层是3个节点。

5.根据权利要求4所述的五自由度交流主动磁轴承自抗扰解耦控制器的构造方法,其特征是:第一个BP神经网络(514)连接权的迭代关系为n表示调整权的次数,E为指标函数,w

为加权系数,η为学习速率,α、β、γ为动量因子。

6.根据权利要求5所述的五自由度交流主动磁轴承自抗扰解耦控制器的构造方法,其特征是:给出BP神经网络各层加权系数的初始值 和 令k=1,采样得到k时刻的误差e1(k)和e2(k),计算神经网络各层神经元的输入和输出,其输出即为三个参数β01、β02和β03;之后进行神经网络的学习,对加权系数 和 在线调整;最后置k=k+l进行重新计算,直至误差满足要求为止。