【正文】 通過上述結論可以得出第三扇區(qū)的SVPWM的信號圖： 第三扇區(qū)的SVPWM信號圖 系統(tǒng)各個模塊的仿真根據(jù)永磁同步電機的工作原理設計整個結構圖如下：，整個系統(tǒng)需要建立三個主要部分：坐標變換仿真模塊，矢量控制仿真模塊以及神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。如果，那么 就保持原值不變，反之，如果，那么。 SVPWM的實現(xiàn)第一步根據(jù)第二章介紹的SVPWM的工作原理，其調(diào)制方法如下[54,55]：首先應判斷出合成矢量所在的扇區(qū)。Simulink具有以下特點：基于矩陣的數(shù)值計算；高級編程語言；圖形與可視化工具箱提供面向具體應用領域的功能；豐富的數(shù)據(jù)I/O工具；提供與其他高級語言的接口；支持多平臺；開放可擴展的體系結構。隨著Matlab不斷的發(fā)展，其功能越來越強大，廣泛應用于數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、自動控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等領域的仿真[52,53]。將神經(jīng)網(wǎng)絡自適應作用到永磁同步電機的控制系統(tǒng)中，設計控制器的控制估計率和神經(jīng)網(wǎng)絡自適應率，使全局誤差有界，且差值很小，這樣就可以對速度進行追蹤，達到良好的控制效果。理論上說，它能夠通過增加收益獲得任意小。令，利用()， ()上式可寫成 令 ，則 由于逆變器的運行時間比電機電動時間常數(shù)小，因此實際上逆變器會在產(chǎn)生一個參數(shù)電壓，兩者的存在會減小傳感器的個數(shù)，也會使，根據(jù)()設計控制估計算法如下： 利用()替換，以及再利用()得利用()設置自適應法則由式子因此令且此處是正增益，則 所以，選擇合適的使得成立，那么所設計的系統(tǒng)在李雅普諾夫函數(shù)條件下是穩(wěn)定的，同時在原點附近的小區(qū)域內(nèi)收斂。下面證明利用這種方法設計的控制器的作用下，此系統(tǒng)可以到達穩(wěn)定控制永磁電機的目的。假設用()，()的數(shù)學模型以及()建立一個非線性的控制估算系統(tǒng)，則其閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性就可由下列自適應原理得到提高。因此我們將獲得如下數(shù)學模型： ()則我們設置理想電動狀態(tài)可以由下式線性表達為 ()令，則上式可以寫成： ()誤差信號 的時間導數(shù)為 等式兩邊同時乘以，得到 兩邊加上再減去，由()可得到 ()其中永磁電機的數(shù)學模型結構 () ()因此，()與()通過下列的線性回歸方程我們可以表達出其所需要的動態(tài)方程： () () ()再由可知，又設，則可知： ()定義觀測器的參數(shù)模型為 ()其中 為正系數(shù)。令表示機器的速度誤差值，和表示dq坐標系中電流的誤差值，用速率進行速度估計，同時和分別作為所需的理想速度、電流時間函數(shù)。由于傳統(tǒng)的速度位置傳感器降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此該系統(tǒng)加入一個以人工神經(jīng)網(wǎng)絡為原理的觀測器（），通過他對兩相電流和的測量來估計轉(zhuǎn)子速度的大小。由于電氣參數(shù)是變化的，兩個人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)和用于處理dq軸電流控制回路的參數(shù)變化。當趨近于0時，系統(tǒng)獲得了一個最大轉(zhuǎn)矩電流率，被稱作每安培最大轉(zhuǎn)矩（簡寫成MTPA）。根據(jù)函數(shù)李雅普諾夫函數(shù)： 再由()可知 再將()代入，最終可以化簡成： 在上式中加上再減去，并且有前面的假設： 可得： 因為當是有界的，在很小的區(qū)域內(nèi)可以使小于零，由李雅普諾夫函數(shù)穩(wěn)定性可知，此神經(jīng)網(wǎng)絡是穩(wěn)定的，并且是收斂到附近很小區(qū)域內(nèi)，其中區(qū)域是由定義并且無論是在緩慢變化系統(tǒng)中還是迅速變化的神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)中都會獲得很小的采樣率。由上式可知： 加上再減去一個可得 令則可知上式為： ()讓表示神經(jīng)網(wǎng)絡在k時刻的瞬時誤差值，d(k)表示神經(jīng)網(wǎng)絡在時刻k的理想輸出值，因此，新的隱藏層的權值矩陣可以用以下法則表達計算： ()表達式中為神經(jīng)網(wǎng)絡的學習率，為了方便計算取=1。然后。本文中我們基于神經(jīng)網(wǎng)絡的相關知識建立了一個單一的有輸入輸出關系的隱藏層與帶有線性輸出功能的神經(jīng)網(wǎng)絡，其功能用數(shù)學模型可表示為如下形式：其中層中第j個節(jié)點，m是輸入節(jié)點數(shù)，與是首層中第i個節(jié)點輸入值與第j個節(jié)點輸出值在k時刻的數(shù)值。(4) 計算網(wǎng)絡的目標函數(shù)J，選取的總目標函數(shù)為(5) 從輸出層開始，依據(jù)J，按照梯度下降反向計算，并逐層調(diào)整權值。神經(jīng)網(wǎng)絡的學習算法的描述如下：(1) 設置初始值，要求各個權值互不相等，且都為一個較小的非零數(shù)；(2) 給定輸入∕輸出樣本對，根據(jù)樣本集中每一個樣本()，計算此時網(wǎng)絡的輸出值， 則，其中f ( )一般取S型函數(shù)，以保證網(wǎng)絡的逼近能力。由于誤差逐層往回傳遞，以修改正層與層間的權值和閾值，所以稱此算法為誤差反向傳播算法，這種算法可以推廣到若干個中間層的多層網(wǎng)絡。第二階段是對權值和閾值進行修改，從最后一層向前計算各個權值和閾值對總誤差的影響（梯度），據(jù)此對各權值和閾值進行修改。下圖為兩層神經(jīng)網(wǎng)絡模型圖： 兩層神經(jīng)網(wǎng)絡結構圖在確定了神經(jīng)網(wǎng)絡的結構后，要通過輸入和輸出樣本集對網(wǎng)絡進行訓練，亦即對網(wǎng)絡的閾值和權值進行學習和修正，以使網(wǎng)絡實現(xiàn)給定的輸入輸出關系。 神經(jīng)網(wǎng)絡[56,57]一般為多層神經(jīng)網(wǎng)絡，信號從輸入層流向輸出層。因此，合理運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡的這些特點，它將作為一種強大的工具應用于未知的不確定的系統(tǒng)當中。 神經(jīng)網(wǎng)絡學習算法人工神經(jīng)網(wǎng)絡[42]作為一種能提供精確近似值的一種工具在目前已知結構和未知結構的不確定系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。但這種方法有一個致命的缺點，就是不能保證自適應系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如何設計合適的自適應規(guī)律，通常有三種基本方法：以局部參數(shù)最優(yōu)化理論為基礎的設計方法，以李雅普諾夫函數(shù)為基礎的設計方法，以超穩(wěn)定與正性動態(tài)系統(tǒng)理論為基礎的設計方法。參考模型用其狀態(tài)x 規(guī)定了一個給定的性能指標，這個性能指標與測得的可調(diào)系統(tǒng)的性能比較后，將其差值矢量v 輸入自適應機構，由自適應機構來修改可調(diào)模型的參數(shù)，使得它的狀態(tài)能夠快速而穩(wěn)定地逼近x ，也就是使差值v 趨近于零。與模型參考自適應控制系統(tǒng)的出發(fā)點不同，自校正控制系統(tǒng)帶有明顯的被控對象的參數(shù)識別能力，它將當前的被控對象的參數(shù)估計值直接送給控制器算法中，由此確定參數(shù)以實現(xiàn)反饋控制。其主要環(huán)節(jié)是自適應規(guī)律的設置。按照這些變化規(guī)律，增益自調(diào)度系統(tǒng)的設計方案原則上是可行的，但是實際應用中控制對象變化規(guī)律是實現(xiàn)未知的交流電動機的參數(shù)，其參數(shù)變化不僅隨著電機溫度的變化而變化還受到電流和勵磁情況的影響等，這些變化是事先難以準確把握的，并且不同電極之間存在較大的差異。 自適應控制 自適應控制[41,4345]系統(tǒng)是根據(jù)日常生活中生物能夠通過自覺調(diào)整本身參數(shù)改變自己的習性以適應新的環(huán)境的特性而產(chǎn)生的，它本身就是一種具有一定能力的系統(tǒng)，可以依據(jù)需要不斷的測量系統(tǒng)的狀態(tài)、性能或參數(shù)，從而“認識”或“掌握”系統(tǒng)當前的運行指標并與期望的指標相比較，進而做出決策以改變控制器的結構、參數(shù)以及根據(jù)自適應律來改變控制作用，以此保證系統(tǒng)運行在某種意義下的最優(yōu)或次最優(yōu)狀態(tài)。東北大學本科畢業(yè)設計（論文） 第三章 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的第三章 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的永磁同步電機控制器的設計永磁同步電機的矢量控制系統(tǒng)中大多數(shù)的控制器采用的是PI控制器。為后面幾章矢量控制技術的實現(xiàn)及MATLAB電機模型的建立奠定了理論基礎。針對不同的狀態(tài)的順序不是隨便安排的，其所必須遵守的原則是每一次工作狀態(tài)在切換時，只有一個功率管作為開關進行切換，其目的是可以盡可能的減少開關損耗。設的持續(xù)時間為，其零矢量的作用時間只是補足其他兩個矢量作用時間以外的時間，那么可知PWM的周期為令與的夾角為，則可知：利用上述三個公式可得：隨著參考電壓空間矢量的長度增加，輸出電壓的基電壓幅值也線性增加，也會線性增加，而使得逐漸減小，但是要是合成矢量在線性區(qū)域內(nèi)就必須使。假設空間電壓矢量位于Ⅲ區(qū)，則可知是由合成。因此為了獲得旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量，只有利用各矢量的作用時間不同來等效合成所需要的矢量。我們利用上橋臂開關通斷依照相序排列所形成的二進制代表電壓空間矢量，即該矢量空間分布如下圖所示： 空間矢量定義原理圖空間矢量三相空間A，B，C軸上的投影是三相對稱的正弦變量，并且其模長等于各相正弦量的峰值。的基本控制矢量合成，在這8個開關狀態(tài)中，(000)與(111)對應的空間電壓矢量為零，我們稱這兩種空間電壓矢量為零矢量。由可知總共有8種開關狀態(tài)。 三相電力逆變器直流側(cè)中點O為參考點，為直流側(cè)母線電壓其中逆變橋中的開關管都是為理想開關管，圖示中A，B，C分別表示三相A，B，C的開關狀態(tài)。其控制原理是，利用空間矢量概念，建立逆變器開關模型以及輸出電壓與電機磁鏈之間的關系。SVPWM相比SPWM，不單提高了電壓型逆變器的電壓利用率和電機的動態(tài)響應性能，能夠提高電源的利用效率，同時還減小了電機的轉(zhuǎn)矩脈動等。SPWM是從電源的角度出發(fā)的，其著眼點是如何生成一個可以調(diào)頻調(diào)壓的三相對稱正弦波電源；而SVPWM則是從電動機的角度出發(fā)的，其著眼點是如何使電機獲得圓形磁場。電壓SVPWM控制策略是由日本學者在20世紀80年代初首次針對交流電機變頻調(diào)速而提出的，其主要思路是采用逆變器空間電壓矢量的切換來獲得準圓形旋轉(zhuǎn)磁場，即使在不高的開關頻率條件下，電機也能獲得比正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）更好的性能。本文中采用的是SVPWM控制技術?？梢娔芊駥崟r準確的產(chǎn)生六路PWM脈沖對實現(xiàn)永磁同步電機控制而言是比較關鍵的。的矢量控制方法，它具有以下特點：(1) 由于d軸定子電流分量為0，使定子繞組與d軸實現(xiàn)了完全解耦；(2) 轉(zhuǎn)矩方程中磁鏈與電流分量解耦，相互獨立；(3) 使同步電動機的數(shù)學模型得到簡化；(4) 隨負載增加，造成定子電流的增加，使定子電壓矢量和定子電流矢量的夾角增大，造成同步電動機功率因數(shù)降低。(3) 控制方法使電機的功率因數(shù)恒為1，逆變器的容量得到充分的利用。該方法是利用定子電流最小，減小了電機的銅耗，有利于逆變器開關器件的工作，逆變器損耗也最小。由此使得永磁同步電機在矢量控制下獲得了與直流電動機調(diào)速系統(tǒng)相同的動態(tài)性能。以下為常用的矢量控制方法的各自特點：(1) 控制，即轉(zhuǎn)子磁場定向控制。 永磁同步電機的矢量控制方法永磁同步電機之所以采用矢量控制方法，是因為永磁同步電機是正弦波供電，它可以消除方波突變帶來的轉(zhuǎn)矩脈動，其運行平穩(wěn)，動、靜態(tài)性能特別好，但是由于其控制比無刷直流控制復雜，因此需采用矢量控制[5155]。根據(jù)電磁感應定律，可以得到A相繞組由轉(zhuǎn)子永磁磁場引起的感應電勢為 ()其中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度等于轉(zhuǎn)子位置角的微分。由于圓形旋轉(zhuǎn)磁場對于空間任意一點確定的位置仍然表現(xiàn)為脈動的磁場，而且任意時刻圓形旋轉(zhuǎn)磁場的空間分布仍然具有正弦規(guī)律，因此由式()可以看出，對于每一相定子電樞來說，繞組軸線的空間位置角式確定的，轉(zhuǎn)子圓形旋轉(zhuǎn)磁場相當于是兩個正交的脈振磁場的疊加，： 圓形磁場與脈振磁場該圓形旋轉(zhuǎn)磁場從定子上觀測，相當于一個同A相繞組軸線重合按照余弦規(guī)律變化的脈振磁場與另一個同A相繞組垂直按照正弦規(guī)律變化的脈振磁場的疊加，即有 () () 與A相繞組軸線正交的脈振磁場在A相繞組中匝鏈的磁鏈等于0，因此在A相繞組中產(chǎn)生的感應電視也是等于0。將三相繞組相對于A相繞組軸線的相位角=0，=，=分別代入上式中，得到任意兩相之間的互感表達式為 () () () 感應電動勢 轉(zhuǎn)子永磁在氣隙中產(chǎn)生的正弦分布磁場，正弦分布磁場的幅值是恒定的，空間位置就是轉(zhuǎn)子永磁磁極的直軸位置，它相對于定子A相繞組軸線等于轉(zhuǎn)子位置角，在空間的分布可以表示為 ()或 () 當永磁磁極旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子位置角隨時間變化時，由式()可知，轉(zhuǎn)子永磁磁場是一個幅值恒定不變、幅值位置隨轉(zhuǎn)子永磁磁極位置變化的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的幅值在空間的轉(zhuǎn)速等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。電樞繞組之間的互漏感為常數(shù)，其數(shù)值為負值，并且與電樞繞組結構有關，如電樞繞組分布、槽形以及磁路飽和度程度等。與自感類似，兩相繞組之間的互感也存在漏磁路互漏和主磁路互感2部分，由于互漏感為常數(shù)，因此下面主要分析計算與主磁路有關的互感。子位置角具有密切關系，且按照轉(zhuǎn)子位置角的二次頻率變化。將上式代入，可求積分，得到A相繞組自身的主電感為 ()A相繞組自身的主電感與A相繞組軸線位置氣隙