基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器的超聲波電機(jī)位置與速度控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機(jī)控制器領(lǐng)域，特別是一種基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器的超聲波 電機(jī)位置與速度控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的超聲波電機(jī)位置與速度控制系統(tǒng)，大都使用積分微分控制器，主要著眼于 控制器的計(jì)算響應(yīng)特性比電機(jī)本體的響應(yīng)快。由于超聲波電機(jī)的響應(yīng)為毫秒級(jí)且非線性控 制特性比較嚴(yán)重，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)已有的控制參數(shù)具有記憶能力，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)電機(jī)的 非線性可以進(jìn)行預(yù)測(cè)和補(bǔ)償，因此電機(jī)的位置與速度控制可以獲得較好的動(dòng)態(tài)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器的超聲波電機(jī) 位置與速度控制系統(tǒng)，該裝置及其控制系統(tǒng)不僅控制準(zhǔn)確度高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，使用 效果好。
[0004] 本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器的超聲波電機(jī)位置 與速度控制系統(tǒng)，包括基座和設(shè)于基座上的超聲波電機(jī)，所述超聲波電機(jī)的一側(cè)輸出軸與 光電編碼器相連，所述超聲波電機(jī)的另一側(cè)輸出軸與飛輪慣性負(fù)載相連；所述飛輪慣性負(fù) 載的輸出軸經(jīng)聯(lián)軸器與力矩傳感器相連；所述光電編碼器的信號(hào)輸出端與所述力矩傳感器 的信號(hào)輸出端分別接至一控制系統(tǒng)。
[0005] 進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)包括超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路，所述超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控 制電路包括控制芯片電路與驅(qū)動(dòng)芯片電路；所述光電編碼器的信號(hào)輸出端與所述控制芯片 電路的相應(yīng)輸入端相連，所述控制芯片電路的輸出端與所述驅(qū)動(dòng)芯片電路的相應(yīng)輸入端相 連，用以驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)芯片電路；所述驅(qū)動(dòng)芯片電路的驅(qū)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)信號(hào)輸出端和驅(qū)動(dòng)半 橋電路調(diào)節(jié)信號(hào)輸出端分別與所述超聲波電機(jī)的相應(yīng)輸入端相連接；所述廣義回歸神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)辨識(shí)器設(shè)置于所述控制芯片電路中。
[0006] 進(jìn)一步地，所述聯(lián)軸器為彈性聯(lián)軸器。
[0007] 進(jìn)一步地，所述超聲波電機(jī)、光電編碼器、轉(zhuǎn)矩傳感器分別經(jīng)超聲波電機(jī)固定支 架、光電編碼器固定支架、轉(zhuǎn)矩傳感器固定支架固定于所述基座上。
[0008] 進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)包括所述廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器；所述廣義回歸神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器是由四層網(wǎng)絡(luò)組成，所述四層網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、模式層、求和層以及輸出層；
[0009] 所述輸入層共有2個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸入層X(jué) (k)可以表示為
[0010] X(k) = Lx1 (k) x2 (k) ]T (I)
[0011] 其中X1 (k) = f(k)，x2 (k) = Φ (k)，f (k)為k時(shí)刻電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，Φ (k)為 k時(shí)刻電機(jī)二相驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位差；
[0012] 所述模式層使用非線性函數(shù).供(·)將所述輸入層的數(shù)據(jù)變成模式空間的數(shù)據(jù)；取 (2) 多變量的高斯函數(shù)作為非線性函數(shù)，所述高斯函數(shù)為[0013]
[0014] 其中是系統(tǒng)的平均向量，δ ^為高斯函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差；對(duì)于函數(shù)估計(jì)來(lái)說(shuō)，δ , 較小時(shí)廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有更好的性能；
[0015] 所述求和層的求和過(guò)程分為二個(gè)，一個(gè)是
，另一個(gè)是
其中(k)為模式層節(jié)點(diǎn)和求和層節(jié)點(diǎn)的連接權(quán)重，m是模式層節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
[0016] 所述輸出層有1個(gè)節(jié)點(diǎn)，其輸出信號(hào)y(k)與輸入X(k)之間的關(guān)系為
(3)
[0017] 估計(jì)器的輸入為驅(qū)動(dòng)頻率f和相位差Φ，輸出是估計(jì)力矩f·.通過(guò)線性系統(tǒng)估計(jì) 變換后得到角速度的估計(jì)值G ;
[0018]由公式（3)可推得，浐與輸入之間的關(guān)系為
[0022] 其中m是廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，η是系統(tǒng)的階數(shù)；
[0023] 公式（5)可以寫(xiě)為矩陣形式
[0024] (Hk) = WiiXii(Ii) (6)
[0025] 其中，Wn= [a η a2,…，an, IdciW1, IdciW2,…，IdciWi11, Id1,…，bnl]為隱含層權(quán)重向量，輸出向 量1為
[0026]
[0027] 若選取適當(dāng)?shù)钠骄蛄亢蜆?biāo)準(zhǔn)差δ ,，公式⑵則可以由計(jì)算得到；
[0028] 在對(duì)所述廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，選取估計(jì)誤差函數(shù)為
m
[0030] 其中610(1〇的估計(jì)誤差1私> =匈幻-6>(_，〇〇〇表示所述光電編碼器或轉(zhuǎn)矩傳 感器的信號(hào)輸出，?(幻表示所述廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器的輸出。
[0031] 辨識(shí)系統(tǒng)連接權(quán)重系數(shù)更新按照梯度最快下降算法進(jìn)行調(diào)整，可以表示為
(8)
[0033] 其中n (k)是網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)速率。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明是使用基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器實(shí)施超聲波電機(jī)位 置與速度控制，由于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)時(shí)計(jì)算量較小，因此可以在很短時(shí) 間內(nèi)完成對(duì)系統(tǒng)的辨識(shí)和計(jì)算，而且可以對(duì)電機(jī)的非線性部分可以進(jìn)行比較準(zhǔn)確的辨識(shí)， 提高了控制的準(zhǔn)確性，可以獲得較好的動(dòng)態(tài)特性。此外，該裝置設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊， 制造成本低，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的控制電路原理圖。
[0037] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)辨識(shí)框圖。
[0038] 圖中，1-光電編碼器，2-光電編碼器固定支架，3-超聲波電機(jī)輸出軸，4-超聲波電 機(jī)，5-超聲波電機(jī)固定支架，6-超聲波電機(jī)輸出軸，7-飛輪慣性負(fù)載，8-飛輪慣性負(fù)載輸出 軸，9-彈性聯(lián)軸器，10-轉(zhuǎn)矩傳感器，11-轉(zhuǎn)矩傳感器固定支架，12-基座，13-控制芯片電路， 14-驅(qū)動(dòng)芯片電路，15、16、17-光電編碼器輸出的A、B、Z相信號(hào)，18、19、20、21-驅(qū)動(dòng)芯片電 路產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)信號(hào)，22-驅(qū)動(dòng)芯片電路產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)半橋電路調(diào)節(jié)信號(hào)，23、24、25、 26、27、28_控制芯片電路產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)芯片電路的信號(hào)，29-超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0040] 本實(shí)施例提供一種基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器的超聲波電機(jī)位置與速度控制 系統(tǒng)，如圖1所示，包括基座12和設(shè)于基座12上的超聲波電機(jī)4,所述超聲波電機(jī)4 一側(cè) 輸出軸3與光電編碼器1相連接，另一側(cè)輸出軸6與飛輪慣性負(fù)載7相連接，所述飛輪慣性 負(fù)載7的輸出軸8經(jīng)彈性聯(lián)軸器9與轉(zhuǎn)矩傳感器10相連接，所述光電編碼器1的信號(hào)輸出 端、所述轉(zhuǎn)矩傳感器10的信號(hào)輸出端分別接至一控制系統(tǒng)。
[0041 ] 所述超聲波電機(jī)4、光電編碼器I、轉(zhuǎn)矩傳感器10分別經(jīng)超聲波電機(jī)固定支架5、光 電編碼器固定支架2、轉(zhuǎn)矩傳感器固定支架11固定于所述基座12上。所述聯(lián)軸器為彈性聯(lián) 軸器。
[0042] 在本實(shí)施例中，如圖2所示，所述控制系統(tǒng)包括超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路29，所述 超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路29包括控制芯片電路13和驅(qū)動(dòng)芯片電路14 ;所述光電編碼器1 的信號(hào)輸出端與所述控制芯片電路13的相應(yīng)輸入端相連接，所述光電編碼器輸出的A、B、 Z相信號(hào)分別為15、16、17 ;所述控制芯片電路13的輸出端與所述驅(qū)動(dòng)芯片電路14的相應(yīng) 輸入端相連接，用以驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)芯片電路14,所述控制芯片電路產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)芯片電路的 信號(hào)分別為23-28 ;所述驅(qū)動(dòng)芯片電路14的驅(qū)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)信號(hào)輸出端和驅(qū)動(dòng)半橋電路調(diào)節(jié) 信號(hào)輸出端分別與所述超聲波電機(jī)4的相應(yīng)輸入端相連接。所述驅(qū)動(dòng)芯片電路14產(chǎn)生驅(qū) 動(dòng)頻率調(diào)節(jié)信號(hào)18-21和驅(qū)動(dòng)半橋電路調(diào)節(jié)信號(hào)22,對(duì)超聲波電機(jī)輸出A、B兩相PffM的頻 率、相位及通斷進(jìn)行控制。通過(guò)開(kāi)通及關(guān)斷PWM波的輸出來(lái)控制超聲波