基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統及其構造方法
2023-06-06 01:08:46 1
專利名稱：基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統及其構造方法
技術領域：
本發明涉及控制技術領域，更具體地涉及一種基於神經元網絡的高壓變頻器自適應控制系統及其構造方法。
背景技術：
隨著現代電力電子技術及計算機控制技術的迅速發展，促進了電氣傳動的技術革命。交流調速取代直流調速，計算機數字控制取代模擬控制已成為發展趨勢。交流電機變頻調速是當今節約電能，改善生產工藝流程，提高產品質量，以及改善運行環境的一種主要手段。變頻調速以其高效率，高功率因數，以及優異的調速和啟制動性能等諸多優點而被國內外公認為最有發展前途的調速方式。目前，市場上銷售的高壓變頻器大多採用傳統控制方法，但是，這樣的控制方式在低頻時，由於輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意，且系統性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降、穩定性變差等。人工神經網絡是由大量處理單元組成的非線性大規模自適應動力系統，具有學習能力、記憶能力、計算能力及智能處理功能，並在不同程度上模仿人腦神經系統的信息處理、存儲及檢索功能，因此成為目前非常活躍的一個研究領域。基於此，本發明通過將神經網絡運用於高壓變頻器控制中以實現高壓變頻器的智能控制，從而解決上述缺陷。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統及該控制系統的構造方法以實現對高壓變頻器負載的自動調控，其控制精度高、魯棒性強。為了實現上述目的，本發明提供的基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統包括電源模塊、變頻模塊、電動機、檢測模塊及控制模塊，所述電源模塊與所述變頻模塊相連而為所述變頻模塊提供固定電源，所述變頻模塊與所述電動機相連而對所述電動機提供變頻電源，所述控制模塊包括操作顯示電路、主控電路及基極驅動電路，所述操作顯示電路與所述主控電路相連以供用戶操控所述主控電路，所述主控電路通過所述檢測模塊與所述變頻模塊和所述電動機相連以檢測所述變頻模塊和所述電動機的反饋信號，所述主控電路包括PID控制器及神經網絡，所述神經網絡根據所述反饋信號調整所述PID控制器的輸出，所述PID控制器的輸出與所述基極驅動電路相連以實現對所述變頻模塊進行智能的恆壓頻比控制或電流控制。在本發明一較佳實施例中，所述變頻模塊包括相連的整流電路和逆變電路較佳地，所述檢測模塊包括電壓檢測器、電流檢測器、速度檢測器及檢測電路，所述檢測電路連接到所述主控電路並通過所述電壓檢測器和電流檢測器與所述逆變電路相連，且通過所述速度檢測器與所述電動機相連，相應地，所述反饋信號包括電壓反饋信號、電流反饋信號及速度反饋信號。較佳地，所述控制模塊還包括保護電路，所述保護電路同時與所述主控電路、檢測電路及操作顯示電路相連。較佳地，所述PID控制器包括三個可調輸入參數，所述三個可調輸入參數分別為Kp、Ki和Kd，所述神經網絡包括輸入層、隱含層及輸出層，所述輸入層包括四個輸入節點，所述隱含層包括五個隱含節點，所述輸出層包括三個輸出節點，所述四個輸入節點的輸入值分別為輸入給定值、被控對象輸出值、偏差值及網絡修正值，所述三個輸出節點的輸出分別對應於所述三個可調輸入參數1、Ki和Kd。相應地，本發明所提供的基於神經元網絡的高壓變頻器自適應控制系統的構造方法包括以下步驟:(a)將電源模塊與變頻模塊相連而為所述變頻模塊提供固定電源；將所述變頻模塊與電動機相連而為所述電動機提供變頻電源；(b)將PID控制器與神經網絡相連以形成主控電路；(c)將所述主控電路與操作顯示電路和基極驅動電路相連以形成控制模塊；(d)通過檢測模塊將所述控制模塊與所述變頻模塊和電動機相連以檢測所述變頻模塊和所述電動機的反饋信號，所述神經網絡根據所述反饋信號調整所述PID控制器的輸出，所述PID控制器的輸出與所述基極驅動電路相連以實現對所述變頻模塊進行智能的恆壓頻比控制或電流控制。較佳地，在所述步驟(a)中，提供相連的整流電路和逆變電路組成所述變頻模塊。較佳地，在所述步驟(d)中，提供電壓檢測器、電流檢測器、速度檢測器及檢測電路組成所述檢測模塊，將所述檢測電路連接到所述主控電路並通過所述電壓檢測器和電流檢測器與所述逆變電路相連，且通過所述速度檢測器與所述電動機相連。較佳地，在所述步驟(d)中，還提供保護電路同時與所述主控電路、檢測電路及操作顯示電路相連。較佳地，所述PID控制器包括三個可調輸入參數，所述三個可調輸入參數分別為Kp、Ki和Kd，所述神經網絡包括輸入層、隱含層及輸出層，所述輸入層包括四個輸入節點，所述隱含層包括五個隱含節點，所述輸出層包括三個輸出節點，所述四個輸入節點的輸入值分別為輸入給定值、被控對象輸出值、偏差值及網絡修正值，所述三個輸出節點的輸出分別對應於所述三個可調輸入參數1、Ki和Kd。與現有技術相比，本發明基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統設置了檢測模塊和控制模塊，其中控制模塊採用PID控制器與神經網絡的相互配合來實現對變頻模塊的智能調控，利用神經網絡的自學習和自適應等智能特點而實現對複雜非線性系統的良好控制，從而確保控制系統的穩定性和控制精度。通過以下的描述並結合附圖，本發明將變得更加清晰，這些附圖用於解釋本發明的實施例。
圖1為本發明基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統一實施例的原理框圖。
圖2為圖1所示基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統的另一原理框圖。圖3為圖1所示基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統中PID控制器和神經網絡的控制原理框圖。圖4為圖1所述基於神經元網絡的高壓變頻器自適應控制系統中神經網絡的結構示意圖。圖5為圖1所示基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統中PID控制器的正弦響應曲線。圖6為圖1所述基於神經元網絡的高壓變頻器自適應控制系統中PID控制器參數調整曲線。圖中各附圖標記說明如下:基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統10電源模塊11變頻模塊12整流電路121逆變電路122電動機13檢測模塊14電壓檢測器141電流檢測器142速度檢測器143檢測電路144控制模塊15操作顯示電路151主控電路 152`PID控制器 152a神經網絡 152b 基極驅動電路 153保護電路 15具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，附圖中類似的組件標號代表類似的組件。顯然，以下將描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。首先請參照圖1，本實施例所提供的基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統10包括電源模塊11、變頻模塊12、電動機13、檢測模塊14及控制模塊15。所述電源模塊11與所述變頻模塊12相連而為所述變頻模塊12提供固定電源，在本實施例中，所述電源模塊11採用三相電源。所述變頻模塊12與所述電動機13相連而對所述電動機13提供變頻電源，所述控制模塊15通過所述檢測模塊14與所述變頻模塊12和所述電動機13相連以檢測所述變頻模塊12和所述電動機13的反饋信號進而實現對所述變頻模塊13進行自適應調控。參照圖2和圖3，在本較佳實施例中，所述變頻模塊12包括整流電路121和逆變電路122，所述檢測模塊14包括電壓檢測器141、電流檢測器142、速度檢測器143及檢測電路144，而所述控制模塊15包括操作顯示電路151、主控電路152、基極驅動電路153及保護電路154。具體地，所述整流電路121與所述電源模塊11相連以對所述電源模塊11的輸入電流進行整流，所述逆變電路122連接於所述整理電路121和所述電動機13之間，所述檢測電路144連接到所述主控電路152並通過所述電壓檢測器141和電流檢測器142與所述逆變電路122相連，且通過所述速度檢測器143與所述電動機13相連，所述操作顯示電路151與所述主控電路152相連以供用戶操控所述主控電路152，所述保護電路154同時與所述主控電路152、檢測電路144及操作顯示電路151相連以對相應的電路模塊實現電路保護。為了實現智能化調控，所述主控電路152包括PID控制器152a及神經網絡152b，所述神經網絡152b根據所述反饋信號調整所述PID控制器152a的輸出，所述PID控制器152a的輸出與所述基極驅動電路153相連以實現對所述變頻模塊122進行智能的恆壓頻比控制或電流控制。具體地，所述PID控制器152a包括三個可調輸入參數，所述三個可調輸入參數分別為KpKi和Kd，所述神經網絡152b的輸出狀態對應於所述PID控制器152a的三個可調輸入參數，通過神經網絡152b的自學習、加權係數調整來控制模塊15的輸出以達到變頻模塊122 (變頻器)的自適應控制。參照圖4，所述神經網絡152b包括輸入層、隱含層及輸出層，所述輸入層包括四個輸入節點，所述隱含層包括五個隱含節點，所述輸出層包括三個輸出節點。所述輸入層的輸入為:Of = x(j) O = 1,2,3,4)其中，X⑴、x(2)和x(3)三個輸入分別為圖3中的輸入給定值(Rin)、被控對象(變頻模塊)輸出值(Ywt)和偏差值(E)，而x(4)為網絡修正值，一般設定為I。隱含層的輸入輸出為:
權利要求
1.一種基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統，包括電源模塊、變頻模塊、電動機、檢測模塊及控制模塊，所述電源模塊與所述變頻模塊相連而為所述變頻模塊提供固定電源，所述變頻模塊與所述電動機相連而對所述電動機提供變頻電源，其特徵在於:所述控制模塊包括操作顯示電路、主控電路及基極驅動電路，所述操作顯示電路與所述主控電路相連以供用戶操控所述主控電路，所述主控電路通過所述檢測模塊與所述變頻模塊和所述電動機相連以檢測所述變頻模塊和所述電動機的反饋信號，所述主控電路包括PID控制器及神經網絡，所述神經網絡根據所述反饋信號調整所述PID控制器的輸出，所述PID控制器的輸出與所述基極驅動電路相連以實現對所述變頻模塊進行智能的恆壓頻比控制或電流控制。
2.如權利要求1所述的基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統，其特徵在於:所述變頻模塊包括相連的整流電路和逆變電路。
3.如權利要求2所述的基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統，其特徵在於:所述檢測模塊包括電壓檢測器、電流檢測器、速度檢測器及檢測電路，所述檢測電路連接到所述主控電路並通過所述電壓檢測器和電流檢測器與所述逆變電路相連，且通過所述速度檢測器與所述電動機相連，相應地，所述反饋信號包括電壓反饋信號、電流反饋信號及速度反饋信號。
4.如權利要求3所述的基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統，其特徵在於:所述控制模塊還包括保護電路，所述保護電路同時與所述主控電路、檢測電路及操作顯示電路相連。
5.如權利要求1所述的基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統，其特徵在於:所述PID控制器包括三個可調輸入參數，所述三個可調輸入參數分別為Kp、Ki和Kd，所述神經網絡包括輸入層、隱含層及輸出層，所述輸入層包括四個輸入節點，所述隱含層包括五個隱含節點，所述輸出層包括三個輸出節點，所述四個輸入節點的輸入值分別為輸入給定值、被控對象輸出值、偏差值及網絡修正值，所述三個輸出節點的輸出分別對應於所述三個可調輸入參數1、1^和Kd。
6.一種基於神經元網絡的高壓變頻器自適應控制系統的構造方法，其特徵在於包括以下步驟: (a)將電源模塊與變頻模塊相連而為所述變頻模塊提供固定電源；將所述變頻模塊與電動機相連而為所述電動機提供變頻電源； (b)將PID控制器與神經網絡相連以形成主控電路； (c)將所述主控電路與操作顯示電路和基極驅動電路相連以形成控制模塊； (d)通過檢測模塊將所述控制模塊與所述變頻模塊和電動機相連以檢測所述變頻模塊和所述電動機的反饋信號，所述神經網絡根據所述反饋信號調整所述PID控制器的輸出，所述PID控制器的輸出與所述基極驅動電路相連以實現對所述變頻模塊進行智能的恆壓頻比控制或電流控制。
7.如權利要求6所述的基於神經元網絡的高壓變頻器自適應控制系統的構造方法，其特徵在於:在所述步驟(a)中，提供相連的整流電路和逆變電路組成所述變頻模塊。
8.如權利要求7所述的基於神經元網絡的高壓變頻器自適應控制系統的構造方法，其特徵在於:在所述步驟(d)中，提供電壓檢測器、電流檢測器、速度檢測器及檢測電路組成所述檢測模塊，將所述檢測電路連接到所述主控電路並通過所述電壓檢測器和電流檢測器與所述逆變電路相連，且通過所述速度檢測器與所述電動機相連。
9.如權利要求8所述的基於神經元網絡的高壓變頻器自適應控制系統的構造方法，其特徵在於:在所述步驟(d)中，還提供保護電路同時與所述主控電路、檢測電路及操作顯示電路相連。
10.如權利要求6所述的基於神經元網絡的高壓變頻器自適應控制系統的構造方法，其特徵在於:所述PID控制器包括三個可調輸入參數，所述三個可調輸入參數分別為Kp、Ki和Kd，所述神經網絡包括輸入層、隱含層及輸出層，所述輸入層包括四個輸入節點，所述隱含層包括五個隱含節點，所述輸出層包括三個輸出節點，所述四個輸入節點的輸入值分別為輸入給定值、被控對象輸出值、偏差值及網絡修正值，所述三個輸出節點的輸出分別對應於所述三個可調輸入 參數Kp、Ki和Kd。
全文摘要
本發明公開了一種基於神經網絡的高壓變頻器自適應控制系統，其包括電源模塊、變頻模塊、電動機、檢測模塊及控制模塊，變頻模塊連接於電源模塊與電動機之間，控制模塊包括操作顯示電路、主控電路及基極驅動電路，其中，操作顯示電路與主控電路相連以供用戶操控，主控電路通過檢測模塊與變頻模塊和電動機相連以檢測變頻模塊和電動機的反饋信號，主控電路包括PID控制器及神經網絡，神經網絡根據反饋信號調整PID控制器的輸出以實現對變頻模塊進行智能的恆壓頻比控制或電流控制。本發明利用神經網絡的自學習和自適應等智能特點以實現對複雜非線性系統的良好控制，從而確保控制系統的穩定性和控制精度。同時，本發明還公開了該控制系統的構造方法。
文檔編號H02P27/04GK103107710SQ20111035976
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者陳鵬程 申請人:深圳市安邦信電子有限公司