[0023] 如图1所示，本发明的五自由度无轴承同步磁阻电机1的结构包括三自由度主动磁轴承a、二自由度无轴承同步磁阻电机b和转子e，三自由度主动磁轴承a分别控制转子径向xa，ya和轴向za的位移，对应的三自由度主动磁轴承a径向三相线圈的驱动控制电流ia ，ib和ic，轴向线圈驱动电流iz，二自由度无轴承同步磁阻电机b控制径向xb，yb位移和转子的转速ω，径向xb，yb两个自由度位移对应的三相悬浮力绕组驱动控制电流ib2U ，ib2V和ib2W，转子的转速ω对应的三相转矩绕组驱动控制电流ib1U ，ib1V和ib1W，这种五自由度无轴承同步磁阻电机是一个非线性、强耦合的多输入多输出系统。本发明针对这种系统采用支持向量机逼近复合被控对象的a阶逆模型，将原多输入多输出系统转换成相互独立的线性积分子系统，进而采用线性系统的理论设计闭环控制器，不仅实现了五自由度无轴承同步磁阻电机位移变量和转速变量之间的多变量独立控制，并有效的提高了整个系统的控制性能。
[0024] 如图2所示，第一Clark逆变换22串接于第一电流滞环PWM逆变器23之前，由第一Clark逆变换22和第一电流滞环PWM逆变器23连接形成第一扩展的电流滞环PWM逆变器2。第一Park逆变换31、第二Clark逆变换32和第二电流滞环PWM逆变器33依次串接，形成第二扩展的电流滞环PWM逆变器3。第二Park逆变换41、第三Clark逆变换42和第三电流滞环PWM逆变器43依次串接，组成第三扩展的电流滞环PWM逆变器4。第一扩展的电流滞环PWM逆变器2和开关功率放大器5分别串接于五自由度无轴承同步磁阻电机1的三自由度主动磁轴承a之前。第二、第三扩展的电流滞环PWM逆变器3、4分别串接于二自由度无轴承同步磁阻电机b之前。
[0025] 如图3所示，三个扩展的电流滞环PWM逆变器2、3、4及开关功率放大器5与五自由度无轴承同步磁阻电机1构成一个复合被控对象8。
[0026] 如图4-6所示，复合被控对象8之前串接支持向量机α阶逆系统6，支持向量机α阶逆系统6由5个支持向量机2阶系统61、62、63、64、65和一个支持向量机1阶系统66-1加11个积分器s 构成。支持向量机α阶逆系统6串接在复合被控对象8之前线性化解耦成伪线性系统9。伪线性系统9之前串接线性闭环控制器7，线性闭环控制器7由五个转子位置控制器71、72、73、74、75及一个转速控制器76组成。采用线性系统理论分别设计五个转子位置控制器71、72、73、74、75及一个转速控制器76。
[0027] 如图7所示，由线性闭环控制器7、支持向量机α阶逆系统6、三个扩展的电流滞环PWM逆变器2、3、4及开关功率放大器5组成五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器10，实现对五自由度无轴承同步磁阻电机1的解耦控制。
[0028] 如图1-7所示，构造五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器10的方法是：首先由第一Clark逆变换22和第一电流滞环PWM逆变器23连接组成第一扩展的电流滞环PWM逆变器2，分别由第一、第二Park逆变换31、41、第二、第三Clark逆变换32、42和第二、第三电流滞环PWM逆变器33、43依次连接组成第二、第三扩展的电流滞环PWM逆变器3、4；接着将所述第一，第二和第三这三个扩展的电流滞环PWM逆变器2、3、4 、开关功率放大器5以及五自由度无轴承同步磁阻电机1组成复合被控对象8；进而采用5个支持向量机2阶系-1统61、62、63、64、65、1个支持向量机1阶系统66以及11个积分器s 来构造复合被控对象
8的支持向量机α阶逆系统6，并通过离线训练使支持向量机α阶逆系统6实现复合被控对象8的逆系统功能；然后将支持向量机α阶逆系统6置于复合被控对象8之前，支持向量机α阶逆系统6与复合被控对象8组成伪线性系统9，伪线性系统9等效为5个位置二阶积分型的伪线性子系统和1个位置一阶积分型的伪线性子系统；在此基础上，分别针对6个积分子系统设计5个位置控制器71、72、73、74、75和一个转速控制器76；并由上述5个位置控制器71、72、73、74、75和一个转速控制器76来构成线性闭环控制器7；最后将线性闭环控制器7、支持向量机α阶逆系统6、复合被控对象8共同构成五自由度无轴承同步磁阻电机解耦控制器10。
[0029] 第一扩展的电流跟踪逆变器2以支持向量机α阶逆系统6输出的三自由度主动磁轴承a的控制电流分量参考值 和 为其输入，经过第一Clark逆变换22输出第一电流滞环PWM逆变器23的控制电流 ，和 ，再经过第一电流跟踪逆变器23输出三自由度主动磁轴承a的三相控制电流 ， 和 ，开关功率放大器5以支持向量机α阶逆系统6输出的三自由度主动磁轴承a的控制电流分量参考值 为其输入，开关功率放大器5的输出作为三自由度主动磁轴承a的轴向控制电流。第二扩展的电流跟踪逆变器3以支持向量机α阶逆系统6输出的二自由度无轴承同步磁阻电机b的径向位移控制电流分量参考值和 为其输入，经过第一Park逆变换31输出第二Clark逆变换32输入电流参考值和 ，第二Clark逆变换32输出第二电流滞环PWM逆变器33的控制电流 ， 和，再经过第二电流滞环PWM逆变器33输出二自由度无轴承同步磁阻电机b的三相悬浮力绕组驱动控制电流ib2U ，ib2V和ib2W。第三扩展的电流跟踪逆变器4以支持向量机α阶逆系统6输出的二自由度无轴承同步磁阻电机b的转速控制电流分量参考值 和选定的常数为其输入，第二经过Park逆变换41输出第三Clark逆变换42输入电流参考值 和 ，第三Clark逆变换42输出第三电流滞环PWM逆变器43的控制电流 ， 和 ，再经过第三电流滞环PWM逆变器43输出二自由度无轴承同步磁阻电机b的三相转矩绕组驱动控制电流ib1U ，ib1V和ib1W。此扩展的三个电流滞环PWM逆变器2、3、4作为复合被控对象8的一个组成部分。
[0030] 如图4所示，支持向量机α阶逆系统6的构造方法是：首先建立复合被控对象8的数学模型：从无轴承同步磁阻电机及磁轴承工作原理出发，建立五自由度无轴承同步磁阻电机1的数学模型，经过坐标变换和线性放大，得到复合被控对象8的数学模型，即同步旋转坐标系下11阶微分方程，计算其向量相对阶为，可知该11阶微分方程可逆，即α阶逆系统存在，采用5个支持向量机2阶系统61、62、63、-1
64、65以及一个支持向量机1阶系统66加11个积分器s 来构造复合被控对象8的支持向量机α阶逆系统6，将复合被控对象8的期望输出
的α阶导数 作为支持向量机α阶逆系统6的输
入，而支持向量机α阶逆系统6的输出为 。
[0031] 对 上 述 构 造 的 支 持 向 量 机α阶 逆 系 统6 进 行 训 练，训 练 方 法是：在实际工作区域内，将上述的6个电流分量参考值 、 、 、 、和 随机方波信号作为阶跃激励信号分别施加于复合被控对象8的输入
端，并 对 该 输 入 信 号 及 输 出 响 应
进行高速采样，得到原始数据样本{u1,u2,u3,u4,u5,
u6,y1,y2,y3,y4,y5,y6}；采用高阶数值微分方法离线计算y的各阶导数{ , , ,, , , , , , , , }；得到300组支持向量机α阶逆系统6的训练
样本集{ , , , , , , , , , , , , , , ,
, , ,u1,u2,u3,u4,u5,u6}；根据该训练样本集，采用最小二乘法分别对复合被控对象8的6个输出量所对应的每个支持向量机2阶系统61、62、63、64、65及支持向量机1阶系统
66进行离线学习，从而获得相应的输入向量系数 和阈值 ，其中上标j 表示复合被控对象8的第j个输出对应的变量，下标i表示第i对训练样本；进而分别根据各个支持向量机
2阶系统61、62、63、64、65及支持向量机1阶系统66的当前输入 辨识出α阶逆模型的输出为 ，式中 为高斯核函数。
[0032] 将支持向量机α阶逆系统6串接在复合被控对象8之前，组成伪线性系统9，伪线性系统9相当于5个二阶线性积分子系统和1个一阶线性积分子系统，则系统被线性化和解耦成为6个互相独立的线性积分子系统。对5个二阶线性积分子系统和1个一阶线性积分子系统分别设计五个位置控制器71、72、73、74、75和一个转速控制器76构造线性闭环控制器7。线性闭环控制器7可采用线性系统理论中的各种常用控制器设计方法如极点配置、线性最优控制、PID控制、鲁棒控制等方法来设计。其中线性二次型最优控制器不仅能够克服测量噪声，并能处理非线性干扰，是反馈系统设计的一种重要工具，在本发明给出的实施例中，五个位置控制器71、72、73、74、75和一个转速控制器76均选用线性二次型最优控制理论设计控制器，控制器的参数根据实际控制对象需进行调整。将线性闭环控制器7、支持向量机α阶逆系统、三个扩展的电流滞环PWM逆变器2、3、4及开关功率放大器5共同形成五自由度无轴承同步磁阻电机支持向量机解耦控制器10。
[0033] 根据以上所述，根据不同的控制要求采用不同的硬件和软件便可实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。
