基于神经网络的自适应无速度传感器-永磁同步电机控制

基于神经网络的自适应无速度传感器永磁同步电机控制作者姓名： 徐小龙指导教师： 王迎春单位名称： 东北大学专业名称： 电气工程及其自动化东北大学2013年6月NeuralNetwork-BasedAdaptiveSensor-lessControlofPermanentMagnetSynchronousMachinesbyXuXiaolongSupervisor:AssociateProfessorWangYingchunNortheasternUniversityJune2013东北大学本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书-第五章总结与展望总结与展望总结本课题的主要工作在本课题的研究过程中，主要完成了以下的工作：(1)查阅了大量的国内外有关永磁同步电机无传感器方面、神经网络设计以及MATLAB仿真的相关文献，结合他人所做的工作，把基于李雅普诺夫函数的神经网络算法应用于控制永磁同步电机中，对电机转速和转角进行估计，达到了预计的效果。(2)深入研究了永磁同步电机的矢量控制，建立其数学模型，利用SVPWM矢量控制方法，并对该控制方法的原理以及实际应用做了大量的理论分析。(3)利用神经网络学习算法，实现神经网络控制器的学习和在线调整。(4)利用MATLAB进行各个模块的仿真，对神经网络的控制器进行研究，提高整个系统的鲁棒性和自适应性，验证其控制的有效性。工作总结永磁同步电机调速系统具备交流电机调速系统与直流电机调速系统的优点，包括体积小、结构简单以及使用寿命长等因此在工农业生产、日常生活、航空航天的各个领域得到了广泛的应用。但是因为永磁同步电机是一个多变量、非线性、强耦合的系统，当对速度、转矩控制要求精确控制的情况下，传统的控制方法很难达到预计的要求，同时由于有机械传感器的存在，不仅增加了系统的成本，最重要的是降低了系统的稳定性和可靠性。因此本文提出了基于李雅普诺夫函数的神经网络的永磁同步电机无传感器的控制方法，将神经网络与永磁同步电机的矢量控制相结合，使该控制方法具有神经网络的优越性，控制简单、调节速度快、鲁棒性强的特点，有效地克服了参数突变以及外界环境干扰的问题。在本文中，基于神经网络构造了具有神经网络结构的永磁同步电机自适应控制系统，充分利用了神经网络无限的逼近非线性映射的能力和自学习自适应能力，在线辨别电机输出并在线随时的调节控制器的参数，从而实现了永磁同步电机的调速控制。由于本人的能力和知识储备有限，本课题还有很多方面有待于深入研究，还存在着很多缺点。主要是神经网络的建立，在整体的永磁同步电机搭建过程中，有部分的仿真没有得出结果，实际转速与设定值并不相符，我将在以后的研究生期间刻苦学习，继续深造。对以后工作的展望由于无传感器技术可以降低系统的成本提高系统的稳定性和可靠性，加上神经网络的控制优点，该种控制技术会越来越受到人们的关注。在总结以往的研究试验中，该种控制技术还需从以下两个方面进一步研究和完善：(1)应该深入研究神经网络的算法，针对学习非线性系统的建模应预测控制模型的性能、特点和有效的实时学习算法等。(2)应该从工业的角度去寻找预测控制需要解决的实际问题，把该种控制方法与实际应用相结合，提高产业效率。(3)应该结合实际，灵活运用所学的知识，是理论和实践充分结合。东北大学本科毕业设计（论文） 参考文献参考文献陈灵勇.永磁同步电机无位置传感器矢量控制的研究[D].上海：上海交通大学，2009.刘军，俞金寿.永磁同步电机控制策略[J].上海电机学院学报，2007，10(3)：180-185.宋正强.表面式永磁同步电机无传感器控制策略及初始位置监测[D].沈阳：沈阳工业大学，2004.雷波.永磁同步电机控制策略研究及仿真[D].武汉：武汉理工大学，2008.李鸿儒.基于神经网络的永磁同步电机控制策略的研究[D].沈阳：东北大学，2001.张榜英.永磁同步电机的智能控制方法研究[D].长沙：湖南大学，2008.唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].机械工业出版社，北京，1997.舒望.永磁同步电机控制系统及无传感器技术研究[D].杭州：浙江大学，2007.王群京，谭徽，李国丽.永磁同步电机转子位置的无传感器检测[J].微特电机，1997，3：16-19.王向超.永磁同步电机无位置传感器控制及自适应转速控制[D].天津：天津大学，2007.狄可可.永磁同步电机无位置传感器参数自适应速度控制[D].杭州：浙江大学，2008.唐丽婵，齐亮.永磁同步电机的应用现状与发展趋势[J].装备机械，2011(1)：7-12.许峻峰，冯江华，许建平.永磁同步电动机控制策略综述[J].机电传动，2005(03)：7-11.冯勇军.永磁同步电机无位置传感器控制系统研究[D].北京：北京化工大学，2011.李静，程小华.永磁同步电机的发展趋势[J].防爆电机，2009，44(5)：1-4.程慧，周斌，张蓉等.神经网络自适应控制及其发展应用[J].大众科技，2010(3)：43-45.江征风，高晋华.神经网络自适应控制系统的特性、应用与发展[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版)，2006，28(4)：17-21.李会玲，柴秋燕.人工神经网络与神经网络控制的发展及展望[J].邢台职业技术学院学报，2009，26(5)：44-46.韩立群.人工神经网络[M].北京：北京邮电大学出版社，2006.毛健，赵红东，姚倩倩.人工神经网络的发展及应用[J].电子设计工程，2011，19(24)：62-65.刘付芬.人工神经网络的研究与应用[J].福建电脑，2009(8)：49-50.邢广成，强天伟.人工神经网络的发展与应用[J].科技风，2012：65-66.江东，王建华.人工神经网络在遥感中的应用与发展[J].国土资源遥感，1999(2)：12-18.汤素丽，罗宇锋.人工神经网络技术的发展与应用[J].电脑开发与应用，2009，22(10)：59-61.WuWei，WangJian，ChengMing-song，etal.ConvergenceanalysisofonlinegradientmethodforBPneuralnetworks[J].NeuralNetworks，2011(24)：91-98.陆华才.永磁同步电机无位置传感器控制介绍[J].电机技术，2012(6)：25-28.L.A.Jones，J.H.Lang.AStateObserverforthePermanent-magnetSynchronousMotor[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics.1989，36(3)：374-382.RWu，GRSlemon.ApermanentMagnetMotorDrivewithoutaShaftSensor[J].RecordofIndustryApplicationsSocietyAnnualMeeting.1990：7-12.梁艳，李永东.无传感器永磁同步电机矢量控制系统概述[J].电气传动，2003(4)：4-9.周剑.永磁同步电机无位置传感器控制研究[D].江苏：江苏大学，2010.施大发.永磁同步电机及其控制方法研究[J].煤炭技术，2011，30(5)：44-46.周丽娜.永磁同步电机自适应模糊控制的设计与分析[D].大连：大连海事大学，2010.彭超.永磁同步电机矢量控制MATLAB仿真研究[J].科技视界，2012(3)：114-118.袁喻华，王莉.永磁同步电机矢量控制的MATLAB仿真研究[J].变频器世界，2010:68-72.洪熙闻，王钦若.永磁同步电机电压空间矢量控制仿真研究[J].上海大中型电机，2010(4)：43-47.SenjyuT，Uezato，K.VectorControlofPermanentMagnetSynchronousMotorsWithoutPositionandSpeedSensors.IEEEPESCRecord，1995(2)：759-765.ZhongL，RahmanMF.AnalysisofDirectTorqueControlinPermanentMagnetSynchronousMotorDrivers.IEEETransactionsonPowerElectronics，1997，12(3)：528-536.庄伟.基于dsPIC的永磁同步电机矢量控制系统[D].大连：大连理工大学，2007.汤新舟.永磁同步电机的矢量控制系统[D].浙江：浙江大学，2005.王飞.永磁同步电机无传感器矢量控制方法研究及仿真[D].上海：上海交通大学，2008.何亚萍.自适应无速度传感器永磁同步电机控制方法研究[D].长沙：中南大学，2009.GheorgheDanielAndreescu，CristianIliePitic.Combinedfluxobserverwithsignalinjectionenhancementforwidespeedrangesensor-lessdirecttorquecontrolofIPMSMdrives[J].IEEETransactionsonEnergyConversion，2008，23(2)：393-402.费文晓.自适应神经网络智能控制研究[J].西南工学院学报，1996(4)：8-11.刘楚辉.自适应控制的应用研究综述[J].组合机床与自动化加工技术，2007(1)：1-4.HichamChaoui•PierreSicard.AdaptiveLyapunov-basedneuralnetworksensorlesscontrolofpermanentmagnetsynchronousmachines[J].NerualComput&Applic,2011(20):717-727.周永勤，崔延光，王旭东.永磁同步电机无位置传感器模糊滑块观测技术[J].哈尔滨工程大学学报，2013，34(6)：1-6.石坚，汤宁平，谭超.永磁同步电机无位置传感器控制系统[J].电机与控制学报，2007，11(1)：50-54.张舒童.永磁同步电机无位置传感器控制技术研究[D].南京：南京理工大学，2008.ShahabMehraeen,SarangapaniJagannathan,MariesaL.Crow.PowerSystemStabilizationUsingAdaptiveNeuralNetwork-BasedDynamicSurfaceControl[J].IEEETRANSACTIONSONPOWERSYSTEMS,2011(2):669-680.Faa-JengLin,Tzann-ShinLee,andChih-HongLin.RobustHControllerDesignWithRecurrentNeuralNetworkforLinearSynchronousMotorDrive[J].IEEETRANSACTIONSONPOWERSYSTEMS,2003(3):456-470.刘明基，郭韩金，舒佳驰.基于SVPWM技术的永磁同步电机模糊自适应控制系统研究[J].电力科学与工程，2013，29(2)：11-15.程娜，刘洋.基于SIMULINK的永磁同步电机控制系统的仿真设计[J].科技向导，2012(2)：357.张成，王富东，李胜宁.基于MATLAB/Simulink的永磁同步电机矢量控制[J].苏州大学学报，2011，31(3)：63-67.刘星洋，王子剑，张宝利.基于BP神经网络的永磁同步电机的转速控制[J].电工世界，2013：41-42.付光杰，孙胜男，杜立志.基于SVPWM控制的永磁同步伺服电机调速研究[J].化工自动化及仪表，2013，40(4)：497-501.张松兰.神经网络控制研究[J].计算机与现代化，2009(6)：94-97.HichamChaoui，PierreSicard.SensorlessNeuralNetworkSpeedControlofPermanentMagnetSynchronousMachineswithNonlinearStribeckFriction[J].IEEE/ASMEInternationalConferenceonAdvancedIntelligentMechatronics,2010:926-931.秦灿华.基于无速度传感器的PMSM矢量控制研究[D].湖南株洲：湖南工业大学，2012.东北大学本科毕业设计（论文） 致谢致谢值此论文完成之际，感谢我尊敬的老师王迎春教授。本文是在他的悉心指导和关怀下完成的。老师渊博的知识、认真的科研作风、豁达的心胸以及开朗的性格给我树立了良好的学习榜样。王老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢王老师对我的关心和指导，谨向老师表示崇高的敬意和最真诚的祝福！在论文撰写期间，我要感谢同学给予的帮助，他们与我分享他们宝贵的经验和知识。他们为我论文的完成提出了许多宝贵建议及真知灼见。感谢所有曾经关心和帮助过我的老师、同学、朋友和亲人！最后，深深感谢含辛茹苦抚养我长大并一直关心着我的父母，是他们的殷切希望和无微不至的关怀鼓舞我前进，我的每一个进步都凝聚着他们的心血。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发\t"