基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

1實(shí)機(jī)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。扭矩儀的 測(cè)量 范圍是10kg-cm。在這個(gè)控制系統(tǒng)里的電動(dòng)勢(shì)估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型有7個(gè)輸入層，14個(gè)中間層，和兩個(gè)輸出層。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被離線訓(xùn)練后來(lái)處參考速度和的負(fù)載的波動(dòng)。特別地，在扭矩為0.001,0.5,1.0 N-m,當(dāng)參考速度從400→800→1200rpm，通過(guò)一個(gè)位置傳感器驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)。電動(dòng)勢(shì)估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過(guò)這樣的訓(xùn)練后被應(yīng)用到實(shí)機(jī)測(cè)試中，在該實(shí)機(jī)中，參考速度固定但負(fù)載變化。圖6表明了在參考速度為1000rpm，負(fù)載扭矩從0增加到10kg-cm所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從表上可以明顯看出，即使是在負(fù)載變化時(shí)，電機(jī)速度仍與給定參考速度一致。在無(wú)負(fù)載運(yùn)行和轉(zhuǎn)矩為10kg-cm下， 電壓、電流、檢測(cè)的位置和估計(jì)的位置分別如圖7,8所示。

當(dāng)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定，參考速度從400→800→1200rpm變化，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果如圖9所示。該圖表明了當(dāng)運(yùn)行符合訓(xùn)練數(shù)據(jù)時(shí)的良好跟隨特性。另一方面，當(dāng)一項(xiàng)速度從1300→800→300rpm變化時(shí)的測(cè)試結(jié)果在圖10中說(shuō)明。

2 參數(shù)波動(dòng)

在實(shí)際電機(jī)中，我們假定電樞繞組電阻和其他電機(jī)參數(shù)將發(fā)生波動(dòng)。特別地，當(dāng)重載運(yùn)行的大電流流過(guò)時(shí)，電機(jī)內(nèi)部的溫度將上升，這將導(dǎo)致電樞繞組電阻高于他的額 定值。因此，考慮可能的參數(shù)波動(dòng)，我們做了一項(xiàng)仿真，在這個(gè)仿真里面，電樞繞組電阻上升20%的額定值，負(fù)載轉(zhuǎn)矩固定為0.5N-m并且參考速度為 800rpm。仿真結(jié)果如圖11所示。該圖表明，實(shí)際位置與估計(jì)位置相一致，但實(shí)際上，位置估計(jì)誤差大約為5°的電角度。另一方面，電阻波動(dòng)的影響不是特 別強(qiáng)烈，從而我們可以推斷：電動(dòng)勢(shì)估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠處理電阻波動(dòng)大于20%。因此，盡管參數(shù)波動(dòng)確實(shí)影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的估計(jì)，但由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概括能力估計(jì)誤差仍然非常小。

然 而，無(wú)論轉(zhuǎn)子位置誤差足夠小，為了使電動(dòng)勢(shì)估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型更具魯棒性，額外的訓(xùn)練是需要的，從而提高估計(jì)的正確性。出于這個(gè)目的，我們準(zhǔn)備了一個(gè)新的電流估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，如圖12所示，而不是式(9)。用通過(guò)這模型得到的電流估計(jì)輸出值和實(shí)際電流，我們同時(shí)修正了電流估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和電動(dòng)勢(shì)估計(jì)神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)模型。新的電流估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型也事先離線訓(xùn)練。訓(xùn)練數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)矩為0.001,0.5和1.0N-m，同時(shí)參考速度從400→800→1200rpm變化時(shí)獲得。圖13表明由電流估計(jì)模型在轉(zhuǎn)矩為 0.5N-m、參考速度從400→800→1200rpm變化時(shí)離線訓(xùn)練的結(jié)果。從這些結(jié)果我們可以得出這樣的結(jié)論：由于電流估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的離線訓(xùn) 練，估計(jì)的電流值非常準(zhǔn)確。圖14表明了使用實(shí)際的和估計(jì)的電流的誤差對(duì)電動(dòng)勢(shì)估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型采用額外訓(xùn)練后的仿真結(jié)果。從圖中可以明顯看到，速度估計(jì)仍然是準(zhǔn)確的，并且電流估計(jì)誤差減小到大概2.5°。因此，額外訓(xùn)練證明是有幫助的，我們推斷在額外的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練起作用后，適當(dāng)?shù)墓烙?jì)是可能的，甚至是在參數(shù)波動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)時(shí)。