基于BP神经网络的磁悬浮人工心脏自适应控制方法研究

发布时间：2021-07-05 14:25

　　心脏病已经成为威胁人类健康的主要疾病之一,人工心脏移植作为一种治疗严重心脏病的重要手段,在医疗方面有重要的作用和地位,然而捐献心脏的人非常少,人工心脏的需求十分迫切,因此,本项研究具有重要的现实意义和学术价值。为减小人工心脏体积,简化内部工作机理,提高运行效率,提出了一种新型磁悬浮人工心脏结构。采用空间上分离的悬浮结构和旋转结构,既克服了转子旋转过程存在的摩擦问题,又解决了不同磁场之间的耦合问题。在确定参数的基础上,对内部永磁作用力、电磁悬浮力和电磁转矩进行深入分析,得到数学模型表达式,并采用Maxwell 3D实体建模仿真,验证表达式的正确性。设计高可靠性的磁悬浮人工心脏控制系统。采用双闭环控制方式,内环调节磁悬浮转子的径向悬浮稳定性,外环调节磁悬浮转子的旋转转矩波动。将各功能电路模块化,将控制器S3C6410里移植BP神经网络算法代码,为实现神经网络自适应控制奠定硬件基础。采用2-3-1神经网络细胞结构,根据电磁悬浮控制样本数据,求得6个隐含层权值,3个输出层权值,3个隐含层阀值,1个输出层阀值,共13个神经网络初值参数。建立电磁悬浮仿真模型,分析闭环扰动下阶跃响应特性、权值变化情... 

【文章来源】：山东科技大学山东省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１三人工心脏??

（ｂ）?磁通密度正视图?（ｃ）?磁通密度侧视图??图２－２永磁环之间的磁通密度??Ｆｉｇ．?２－２?Ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｌｕｘ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｅｒｍａｎｅｎｔ?ｍａｇｎｅｔ?ｒｉｎｇｓ??２．２．２永磁环作用力特性??在Ａｎｓｙｓ?Ｍａｘｗｅｌｌ软件中，采用虚功法计算其永磁作用力，处于平衡状态时，??上永磁环和下永磁环之间的气隙厚度是１ｍｍ，若磁悬浮转子向上减小￣的距离，??则其下方必然增加￣的距离，分析得到永磁环之间的作用力如表２－２所示。??表２－２永磁环之间的作用力??Ｔａｂｌｅ?２－２?Ｆｏｒｃｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｅｒｍａｎｅｎｔ?ｍａｇｎｅｔ?ｒｉｎｇｓ??编号?上永磁气隙?上永磁作用?下永磁气隙?下永磁作用永磁合力ｆ５３４??厚度５３／ｍｍ?力Ｆｓ３／Ｎ?厚度５４／ｍｍ?力／＾４／Ｎ?ＦＳｓ?－??１?０．１?７０．６０?１．９?４０．８０?２９．８??２?０．２?６７．７９?１．８?４１．５９?２６．２??３?０．３?６３．７４?１．７?４２．８３?２０．９１??．．

由上述数据可知，随着气隙间距的增大，永磁环之间的作用力逐渐减小，忽??略磁悬浮转子重力和浮力的影响，上下两套永磁环排斥力共同作用的特性曲线如??图２－３所示。图中横坐标代表磁悬浮转子的轴向偏移位置，纵坐标代表磁悬浮转??子受到的永磁合力，曲线以点（〇，〇）为中心对称。在气隙偏移距离Ａ，＝±０．９ｍｍ时，??磁悬浮转子的调节加速度可达－６６ｍ／ｓ２，磁悬浮转子的平均调节加速度约??－３０ｍ／ｓ２，轴向位移调节刚度系数约为－３３０００Ｎ／ｍ。??４０｜?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?＊?＊?■?■??３０－?＾?￣??Ｘ??２０－?＾??Ｉ?°＇??－１０－??－３０－?＾??＿４〇１?ｉ?ｉ?ｉ?１?１?１?１?１?１???－１?－０．８?－０．６?－０．４?－０．２?０?０．２?０．４?０．６?０．８?１??□ｓｔａｎｃｅ?／?ｍｍ??图２－３永磁作用力特性曲线??Ｆｉｇ．?２－３?Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｐｅｒｍａｎｅｎｔ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｏｒｃｅ??２．３人工心脏电磁悬浮力分析??该磁悬浮人工心脏结构中，使用４个磁极来维持径向位移的平衡，每个磁极??上均绕有电磁线圈，称为“内定子线圈”，通电后产生电磁力吸引“内导磁环”，??进而改变磁悬浮转子的径向位移。??２．３．１电磁悬浮力计算??由Ｍａｘｗｅｌｌ公式得到电磁吸引力表达式为：??Ｆ?＝?—?Ｂ２?（２－４）??２／Ｕ〇??式中：ｊ是有效气隙横截面积，ｔｎ２；?／／。为真空磁导率４；ｒｘｌＯ＿７Ｈ／ｍ；?５为气隙??磁通密度

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本文编号：3266241