基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器滑模控制
李毓洲， 陽(yáng)林
（廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州510006）
摘要：永磁同步電機(jī)( pmsm)是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，對(duì)外界擾動(dòng)及內(nèi)部攝動(dòng)極為敏感。為提高系統(tǒng)魯棒性，基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)頻局部特性、變焦特性、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、魯棒性及很強(qiáng)的非線性逼近能力等特性，建立非線性映射，估計(jì)轉(zhuǎn)子位置并計(jì)算轉(zhuǎn)子的輸出速度，引入滑模變結(jié)構(gòu)控制策略對(duì)pmsm進(jìn)行控制，并在同等條件下對(duì)pi控制進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果表明所提出的控制策略能有效提高系統(tǒng)的調(diào)速性能。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；無(wú)速度傳感器
中圖分類號(hào)：tm301. 2：tm351文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1673-6540(2010)03-0031-04
0 引 言
永磁同步電機(jī)( pmsm)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，例如電動(dòng)汽車領(lǐng)域等。而對(duì)于pmsm這樣的交流傳動(dòng)系統(tǒng)而言，無(wú)傳感器技術(shù)已成為研究的熱點(diǎn)之一，主要方法包括開(kāi)環(huán)型轉(zhuǎn)速估計(jì)法、現(xiàn)代控制理論法、智能控制分析法和不依賴電機(jī)方程的檢測(cè)法籌。開(kāi)環(huán)型觀測(cè)器估計(jì)精度較差，僅滿足中、高速情況下的控制要求；基于現(xiàn)代控制理論的模型參考自適應(yīng)法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法(ekf)及全階狀態(tài)觀測(cè)法等，在轉(zhuǎn)速估計(jì)中得到一定的應(yīng)用，但系統(tǒng)計(jì)算量大、抗參數(shù)變化能力不強(qiáng)，制約了其發(fā)展；不依賴電機(jī)方程的高頻注入法、漏感脈動(dòng)檢測(cè)法和由阻抗差異法等雖提高了系統(tǒng)的全速觀測(cè)性，但同時(shí)也帶來(lái)了操作上的不便。
和其他交流電機(jī)一樣，由于受噪聲、溫度和磁場(chǎng)等因素的影響，pmsm也是一個(gè)參數(shù)不確定、非線性、強(qiáng)耦合和多變量高階復(fù)雜系統(tǒng)。傳統(tǒng)pmsm控制器多采用pi調(diào)節(jié)器，pi控制算法簡(jiǎn)單，能滿足一定范圍內(nèi)的控制要求，但其設(shè)計(jì)依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，在實(shí)際應(yīng)用中，由于外界干擾和內(nèi)部攝動(dòng)等不確定因素的影響，很難滿足高性能控制的要求。高性能控制系統(tǒng)不僅要求快速和準(zhǔn)確，還要求在未知擾動(dòng)和參數(shù)變化時(shí)具有高恢復(fù)能力。faa-jeng lin等學(xué)者提出采用自適應(yīng)不確定觀測(cè)器觀測(cè)不確定擾動(dòng)，提高魯棒性。由于這些方法計(jì)算復(fù)雜，在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用并不多。在系統(tǒng)辨識(shí)和控制中，由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)屬于非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和泛化能力[34]，ann已作為一種新手段廣泛在交流傳動(dòng)系統(tǒng)中得到研究，文獻(xiàn)[5]利用bp網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電流、磁鏈到轉(zhuǎn)子位置的映射，并利用數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(srm)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，效果良好。文獻(xiàn)[6]提出一種基于自適應(yīng)rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法，建立以各相電流、磁鏈作為輸入，轉(zhuǎn)子位置信號(hào)作為輸出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流、磁鏈和轉(zhuǎn)子位置間的非線性映射，估算轉(zhuǎn)子位置角度，從而有效消除位置傳感器。盡管rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局收斂，但是其隱層節(jié)點(diǎn)的數(shù)目、隱層節(jié)點(diǎn)的中心和標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)難以確定。逅年來(lái)，國(guó)外學(xué)者嘗試將滑模控制( slide mode control，smc)應(yīng)用于各類電機(jī)的位置伺服系統(tǒng)中，結(jié)果表明能有效改善摩擦非線性和負(fù)載時(shí)變性，提高了系統(tǒng)的魯棒性。文獻(xiàn)[12]將smc引入pmsm無(wú)位置傳感器調(diào)速系統(tǒng)，提高了速度觀測(cè)器的精度。文獻(xiàn)[13]將smc應(yīng)用于pmsm直接轉(zhuǎn)矩控制并進(jìn)行了初步試驗(yàn)，證明smc能改善直接轉(zhuǎn)矩控制存在的電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題。本文基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)頻局部特性、變焦特性、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、魯棒性及很強(qiáng)的非線性逼近能力的特性，提出一種基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的pmsm無(wú)速度傳感器滑�？刂撇呗�，并將其應(yīng)用于矢量控制pmsm調(diào)速系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明所提出的控制策略能較好地提高系統(tǒng)的魯捧性和快速性，有效改善了電機(jī)的動(dòng)、靜態(tài)特性。
1 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其訓(xùn)練算法
1.1小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以小波函數(shù)為基函數(shù)的一種連接型前饋網(wǎng)絡(luò)，將常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱層函數(shù)用小波函數(shù)代替，相應(yīng)的輸入層到隱層的權(quán)值及隱層閥值分別由小波函數(shù)的伸縮系數(shù)和平移參數(shù)代替，又可認(rèn)為是rbf網(wǎng)絡(luò)的推廣。圖1為小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，分為三層：第一層為輸入層；第二層為隱含層，采用小波函教作為激勵(lì)函數(shù)；第三層為線性輸出層。
| 
