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两电机变频调速系统的最小二乘支持向量机逆控制

张懿  
【摘要】:两电机变频调速系统在现代工业领域中应用非常广泛,其高性能控制对于提高生产质量和效率具有重要的意义。近年来,逆系统方法已在一般形式的非线性系统上建立起比较完整的设计理论,物理意义清晰,结构简单。将逆系统方法与最小二乘支持向量机(LSSVM)结合,提出的LSSVM逆系统方法,突破了传统逆系统方法在实际工程应用中解析表达式难以获取的瓶颈。针对两电机变频调速系统所具有的高阶、强耦合、非线性的特点,基于LSSVM逆系统理论,本文研究了系统的模型辨识、控制器设计等问题,论文的主要内容如下: (1)阐述了逆系统理论的基本概念、系统可逆性原理,将逆系统与原系统串联构成伪线性复合系统,可实现系统的线性化与解耦。继而,概述了LSSVM回归算法,用以实现对逆系统非线性映射的逼近。对课题研究所用的两电机变频调速系统实验平台的软、硬件组成及工作原理作了简要介绍,为控制策略的理论分析、实验验证提供了必需的知识准备和条件支持。 (2)构建了两电机变频调速系统的数学模型,对矢量控制下的数学模型进行了右逆存在性分析,证明系统是右可逆的。采用逆系统的扩展结构,提出了LSSVM自抗扰逆控制策略。引入自抗扰控制器作为伪线性复合系统的附加控制器,并将扩张状态观测器的扰动观测结果用于LSSVM逆系统的构造,在实现系统线性化和解耦控制的前提下,使整个系统具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。 (3)为解决因张力传感器的安装而引起的系统成本增加、可靠性降低等缺陷,提出了张力LSSVM左逆辨识策略。分析了张力软测量的左可逆性,利用容易测取的速度信号构造张力“内含传感器”左逆软测量模型,实现了对张力的辨识。该软测量方案不依赖系统模型和具体参数,计算量小,实现简单。 (4)借助于张力左逆软测量方法,提出广义联合逆控制器设计方法。基于广义逆系统理论,将左逆软测量和右逆系统相融合,形成具有整体形式的广义联合逆控制器,并对其中的非线性映射采用LSSVM回归逼近。将该联合逆控制器应用于两电机变频调速系统,实现系统的无张力传感器运行。 (5)分析了按转子磁场定向矢量控制的两电机变频调速系统特点,利用数据驱动原理,对输入输出样本数据进行二次AP聚类,对二次聚类后的各子类数据建立局部LSSVM模型,并对各个局部模型加权综合,得到的张力和速度的全局模型能准确拟合两电机变频调速系统的非线性特性。 (6)针对现有逆模型辨识方法存在的不足,提出了两电机变频调速系统基于改进RLS算法的LSSVM逆模型辨识方法。依据多模型思想,将系统输出空间进行划分,使用LSSVM拟合获得局部逆模型,并对各局部逆模型加权综合得到系统初始逆模型。根据逆模型输出与系统输入的误差,利用改进RLS算法可在线调整局部LSSVM逆模型的权值,降低了逆模型在线调整的难度。 最后,在总结全文的基础上,提出了课题下一步研究的重点。


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