专利名称：基于惯量辨识的交流伺服系统速度环控制参数自整定方法
技术领域：
本发明涉及一种运动控制领域的方法，具体是一种利用惯量辨识技术实现速度环 PID控制器参数自整定方法。
背景技术：
随着现代科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、数字控制技术 和现代电机控制理论的巨大进步，为交流伺服系统的发展创造了有利条件，特别是在机器 人、航天航空、数控机床等对电机性能、控制精度要求高的领域，交流伺服系统受到越来越 多的关注。目前，永磁同步电机交流伺服调速系统多采用双闭环的控制结构，即内环为电流 控制环，外环为速度控制环。控制器多采用PID调节器。其中电流环的作用是提高系统的 快速性，及时抑制电流内部的干扰；速度环的作用是提高系统抗负载扰动的能力，抑制速度 波动。交流伺服系统的控制器参数对交流伺服系统的性能有重要影响。只有当交流伺服 驱动器的控制参数和伺服驱动系统的固有特性匹配时，才能使伺服驱动系统工作在最佳状 态。因此，常常要求交流伺服系统能够根据实际运行状态，自动进行控制器参数的整定，使 伺服系统获得优良的闭环控制性能。目前，交流伺服驱动器的控制参数主要是人工手动整定完成，整定过程中很大程 度依赖于人的经验。由于整定过程繁琐复杂，对操作人员要求较高，往往无法得到满意的伺 服控制性能。在实际调速系统中，负载转动惯量变化会影响系统的调速性能。在一些应用场合， 比如卷线机控制系统，随着卷线机卷线，折合到电机上的总惯量也随着增加，当惯量增长较 大时，如果控制器参数仍然保持不变，闭环系统的性能会变差，甚至导致系统不稳定。因此 在系统转动惯量变化大的情况下，如果系统能够自动识别变化的工况(转动惯量)，并据此 对系统控制器参数进行自动调整，不仅能够提高交流伺服系统的控制性能，而且增强了交 流伺服系统对工况变化的智能性和适应性。现有的PID参数自整定方法主要有两种一是基于规则的方法，采用阶跃响应分 析和一系列规则进行参数整定；另一种是基于模型的方法，即在系统模型结构已知的条件 下，通过多次试验辨识对象模型参数，然后在此基础上整定PID控制器参数。针对永磁同步 电机调速系统，文献(Li S H, Liu Z G. Adaptive speed control for permanent magnet synchronous motor system with variations of load inertia [J]. IEEE Trans, on Industrial Electronics, 2009, 56 (8) : 3050-3059)提出了基于惯量辨识的一阶自适应 自抗扰控制器。根据辨识出来的惯量，利用模糊推理法，对一阶自抗扰控制器参数进行相应 的调整，仿真和实验结果表明，一阶自适应自抗扰控制方案对惯量的变化有着较强的自适 应性。文献(汪书苹，赵争鸣.带修正因子模糊PID控制的PMSM交流伺服系统[J].清华 大学学报，2007，47(1): 9-12)提出了带修正因子的模糊PID控制器。根据控制系统的速度偏差和速度误差率，利用修正因子对模糊控制器参数进行在线修改。仿真结果表明该方法 具有较好的跟踪和抗负载扰动性能。
发明内容
本发明的目的在于针对系统惯量变化较大这一情况，利用已有的一种基于 扰动转矩观测器的在线惯量辨识算法(Kim N J, Moon H S and Hyun D S, Inertia identification for the speed observer of the low speed control of induction machines [J], IEEE Trans IndAppl，1996，32 (6) : 1371-1379)，辨识出电机和负载总的 等效转动惯量，接着按极点配置法自动整定速度环PID控制器参数。为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案
一种基于惯量辨识的交流伺服系统控制参数自整定方法，首先将 电流环和伺服电机作为广义对象，通过惯量辨识得到该伺服电机及其负 载的转动惯量估计值；然后采用极点配置法，对速度环PID控制器参数
^和矣进行自动整定。具体地说，所述基于惯量辨识的交流伺服系统控制参数自整定方法，包括以下步 骤
(1)辨识转动惯量估计值J 给定一个周期性的速度指令信号，该速度指令信号由幅 值W、周期Γ相位-定乂 ；通过基于扰动转矩观测器的惯量辨识模块，根据前述给定的周 期性速度指令信号，按以下公式计算出第k周期内伺服电机和负载总的等效转动惯量的估 计值^(Jt)
权利要求
一种基于惯量辨识的交流伺服系统速度环控制参数自整定方法，其特征在于，首先将电流环和伺服电机作为广义对象，通过惯量辨识得到该伺服电机及其负载的转动惯量估计值；然后采用极点配置法，对速度环PID控制器的比例参数和积分参数进行自动整定。dest_path_image001.jpg,873315dest_path_image002.jpg
2.根据权利要求1所述基于惯量辨识的交流伺服系统速度环控制参数自整定方法，其 特征在于，包括以下步骤(1)辨识转动惯量估计值
3.根据权利要求1所述基于惯量辨识的交流伺服系统速度环控制参数自整定方法，其 特征在于，所述伺服电机为永磁同步电机。
全文摘要
本发明公开了一种基于惯量辨识的交流伺服系统速度环控制参数自整定方法，首先将电流环和伺服电机作为广义对象，通过基于扰动转矩观测器的惯量辨识得到该伺服电机及其负载的转动惯量估计值；然后采用极点配置法，对速度环PID控制器比例参数和积分参数进行自动整定。本发明将基于扰动转矩观测器的惯量辨识算法和交流伺服系统的特性相结合，可以实现不同转动惯量下交流伺服系统的速度环的PID参数的自整定。工程人员不需要根据经验手动设定和调节控制器参数，系统能自动完成速度环参数自整定，与现有技术相比，具有设计原理简单，对外部负载设备惯量变化较大的情况，有良好的适应性等优点。
文档编号H02P6/08GK101989827SQ201010551460
公开日2011年3月23日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者吴波, 吴蔚, 廖富全, 李世华, 顾浩 申请人:东南大学;南京埃斯顿自动控制技术有限公司