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作者：刘登基湘潭大学

学位级别：硕士

矿用电动轮凭借其高效、运载能力强的特性,在全球各大矿场及超大型工程建设中均发挥着重要作用。随着人们对经济效益的追求及科学技术的推动,电动轮自卸车的性能也得到逐步提高,并且在全球全部运输量中的比重也日益加大。电动轮自卸车... 详细信息

矿用电动轮凭借其高效、运载能力强的特性,在全球各大矿场及超大型工程建设中均发挥着重要作用。随着人们对经济效益的追求及科学技术的推动,电动轮自卸车的性能也得到逐步提高,并且在全球全部运输量中的比重也日益加大。电动轮自卸车调速控制的核心任务是,对其轮毂式异步电机进行高效可靠的变频调速;而高性能变频调速需要综合运用诸多学科知识,如自动化技术、嵌入式理论、电力电子技术等。本文首先介绍了国内外电动轮的发展现状,并指出研究对象—三相交流异步电机。然后介绍了空间矢量的概念及两种坐标变换,并给出了不同坐标系下异步电机的状态方程。综合比较交流电机调速策略后选择了直接转矩控制技术作为电动轮自卸车的调速方案。普通的PWM型直接转矩控制系统获得的定子磁链轨迹呈正六边形,造成电机低速时转矩脉动大、噪声大、IGBT开关频率不固定、损耗大。如直接应用于电动轮变频调速控制系统会造成电动轮爬坡时打滑、噪声大、动力不足。鉴于此,本文采用电压空间矢量调制(SVPWM)技术,并搭建了转速闭环的SVPWM—DTC模型。同时,直接转矩控制中电机低速运行时,定子磁链观测器会因定子电阻的变化难以准确跟踪定子磁链,造成系统性能差。为解决此难题,本文设计了两种不同的解决方案。方案一:设计了基于对角回归网络(DRNN)的定子电阻辨识方案,技术思路为:首先,推导出一种只受定子电阻变化影响的速度观测器;当定子电阻受热阻值发生改变时,由此转速观测器所得转速与实际转速不一致;采用DRNN从此误差中实时辨识出定子电阻,并对系统中定子电阻进行动态调整。方案二:采用本课题组提出的定子磁链逆模型概念,利用RBF神经网络来构造定子磁链逆模型,设计了一种新型神经网络闭环磁链观测器。该方案中,以实际异步电机作为参考,采用PID调节器对定子磁链进行模型参考自适应控制。仿真实验获得了预期效果,系统低速性能得到良好改善,说明以上方案行之有效。同时,方案一仅能克服定子电阻变化对定子磁链的不利影响,而方案二除此之外,还可以克服其余参数变化对磁链的不利影响。在实验部分介绍了与本课题组成员合作搭建的一个15kw的异步电机调速实验平台,以此模拟电动轮的调速控制,并分别从硬件和软件两方面介绍了整个实验系统的原理和设计流程。最后,在实验平台上验证了SVPWM—DTC算法的正确性并给出了部分实验结果。

关键词：交流异步电机定子电阻辨识直接转矩控制数字信号处理器对角回归网络

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基于神经网络的电动负载模拟器控制策略研究

基于神经网络的电动负载模拟器控制策略研究

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作者：罗雄飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电动负载模拟器是采用电动机作为执行元件的舵机加载装置,用来在实验室条件下模拟飞行器飞行过程中其舵面所受的负载情况,是武器系统地面仿真的重要设备。由于加载电机需在被动跟随舵机运动的同时完成力矩加载,不可避免地存在被动式系... 详细信息

电动负载模拟器是采用电动机作为执行元件的舵机加载装置,用来在实验室条件下模拟飞行器飞行过程中其舵面所受的负载情况,是武器系统地面仿真的重要设备。由于加载电机需在被动跟随舵机运动的同时完成力矩加载,不可避免地存在被动式系统共有的多余力矩问题。多余力矩的存在严重制约了加载系统的性能,使得加载电机的力矩输出不能精确复现载荷曲线。因此如何抑制系统的多余力矩,研究发展高性能的舵机加载设备显得十分迫切。由于电动加载系统是一个强干扰的典型非线性系统,系统中存在耦合、滞后、机械摩擦等因素,而且被加载对象通常具有不确定性,因此采用基于被控对象精确数学模型的传统控制策略,多余力矩的抑制效果往往不是很理想。针对电动加载系统控制的复杂性,论文引入了神经网络控制,利用神经网络强大的非线性逼近能力,可以实现转矩输出的精确跟踪。论文首先设计了以永磁直流力矩电机为加载执行元件的电动加载系统总体方案,建立了系统各部分的数学模型。在此基础上,分析了多余力矩与舵机运动的关系以及影响多余力矩的主要因素。结合电动加载系统的运行特点,提出了一种改进结构的单神经元PID自适应控制策略。为了更好地抑制系统的多余力矩,论文从补偿思想出发,进一步设计了基于传统PID结构和对角回归神经网络相结合的复合控制策略。将舵机的位置干扰引入控制器中,利用神经网络进行前馈补偿,不需要辨识系统的模型就可以获得良好的控制性能。同时,对网络规模及学习速率进行了优化处理,增强了系统的泛化能力,有效地控制了计算量。仿真分析结果表明,该复合控制策略无论从多余力矩的抑制还是从系统的快速性、鲁棒性方面来说都具有良好的性能。最后,设计了基于VB语言的电动加载系统主控界面,并采用DSP运动控制卡作为控制器的实现方式,在此基础上进行了相关的实验研究。

关键词：电动负载模拟器多余力矩对角回归网络权衰减法

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