基于模型参考自适应的永磁同步电机转动惯量辨识方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种永磁同步电机伺服系统的转动惯量辨识方法，具体是利用基于模 型参考自适应原理的算法辨识永磁同步电机的转动惯量。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机具有结构简单、高效率、高功率密度、无碳刷、快速响应等优点，在伺 服场合获得了广泛应用。工业自动化领域，特别是在机器人、航空航天、数控机床、特种设备 加工等控制精度高的领域，对其提出的性能要求也越来越高。
[0003] 目前永磁同步电机基本都是采用双闭环结构的控制结构，内环为电流控制环，外 环为速度控制环。控制器基本都采用PI调节器，电流环的作用是提高系统的快速性，抑制 电流内部的干扰；速度环的作用则是提高系统抗负载扰动的能力，抑制速度的波动。
[0004] 永磁同步电机本质上是一个非线性、多时变、强耦合的系统。在实际运行中，负载 的改变、运行环境的变化都会导致转动惯量、摩擦因素等参数发生变化。尤其是转动惯量的 变化，会不可避免的降低整个控制系统的稳定性。在一些应用场合，比如卷线机控制系统， 随着卷线机卷线，折算到电机上的总转动惯量也会增加，这不仅会导致系统动态响应减慢， 更有可能造成系统的不稳定。因此辨识永磁同步电机的转动惯量很有必要。
[0005] 现有的转动惯量辨识方法主要有轨迹规划类算法（加减速法，减速法）、最小二乘 法、状态观测器法、基于卡尔曼滤波辨识方法、梯度算法等，上述算法较为复杂，且收敛速度 慢。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种原理简单、计算简便、收敛速度快的永磁同步电机的转 动惯量辨识方法。
[0007] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于模型参考自适应的永磁 同步电机转动惯量辨识方法，该永磁同步电机在矢量控制系统控制下运行，其特征在于，包 括如下步骤：
[0008] 步碟1、将永磁同步电机的运动方程离散化之后有：
[0009] 1
【主权项】
1. 一种基于模型参考自适应的永磁同步电机转动惯量辨识方法，该永磁同步电机在矢 量控制系统控制下运行，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1、将永磁同步电机的运动方程离散化之后有： jOik) Mk \) =T^k)T^k)，式中，Te(k)为一个采样周期八中速度由ω (k-Ι)变化至 ω (k)的电机的电磁转矩平均值； 步骤2、由插值法计算Te (k): Te (k) = 1,5/>r/[| C* -1)+1? (*) +1 % (λ - 2)]； 步骤3、永磁同步电机在实际运行中，在一个采样周期Ts中可以认为负载不变，即有： Tl (k) = TL(k-l)； 步骤4、将步骤1中的离散化方程延迟一个采样周期，则有： = 与步骤1中方程相减得到： = ，将步骤 2 中 Te(k)的值代入则有： ISpWfTt 15 5 1 &(k) = 2m(k -1) - m(k - 2) +---; 步骤5、令1/(1:) = 15潭,[*^(1〇、^(1>1)+|^(^-2)]1#(1>3〕]，十=雖)，那么步骤4中方 程，即参考模型为： w (k) = 2co (k-I)-co (k-2)+U(k) XB(k)； 估计模型则为： m(k) = 2m(k-1)-co(k-2)+Dr(Jr)χB(k); 两个模型的输出偏差为： 步骤6、自适应算法为細)=細-〇+，其中β为大于0的自适应增益，β越 大收敛越快，β越小收敛精度越高，考虑到要兼顾辨识误差和辨识收敛时间，给β的取值 做一个折衷的选择，辨识出B (k)，也就辨识出了转动惯量J。
2. 如权利要求1所述的一种基于模型参考自适应的永磁同步电机转动惯量辨识方法， 其特征在于，所述永磁同步电机在矢量控制系统控制下运行时，其矢量控制过程为： 第一步、建立以包括编码器、永磁同步电机、电流环PI调节器、速度环PI调节器、坐标 变换模块、SVPWM模块、转动惯量辨识模块的永磁同步电机矢量控制系统，其中SVPWM模块 为空间矢量脉宽调制模块； 第二步、电流传感器将检测到的永磁同步电机三相定子电流ia，ib，i。输入至坐标变换 克拉克模块内进行3/2变换，得到静止坐标系下的电流分量i α，i ρ; 第三步、在帕克变换模块内，根据计算得到的电机电角度叭=PX Θ ^，其中，P是电机 的极对数，9"1是电机输出机械角度和克拉克变换得到的两相静止坐标系下的电流分量i α， i e，再进行静止-旋转变换，得到两相同步旋转坐标系下的电流值id，iq; 第四步、电机的反馈转速η = 60 0^/2 31，其中Oiii为电机的输出角速度； 第五步、将步骤4得到的电机转速反馈值η与给定的转速指令ιΠ?行比较，其差值作 为速度PI调节器的输入，其输出则作为q轴电流PI调节器的输入i/; 第六步、将步骤3得到的电流值^与给定的d轴电流值i /进行比较，其差值作为d轴 电流环PI调节器的输入，电流值i,与步骤5得到的q轴电流值i 进行比较，其差值作为 d轴电流环PI调节器的输入，经过d、q轴电流PI调节器的计算，可以分别得到d、q轴电流 环PI调节器的输出电压Ud，U q; 第七步、由步骤6得到的输出电压Ud，Uq和电机的电角度值Θ爲过帕克变换得到U α， Up，将Ua，Up输入到SVPWM模块，SVPWM模块计算出三相的占空比，并输出响应的三相PWM 波形到逆变器，由逆变器输出三相电压驱动永磁同步电机运行。
【专利摘要】本发明公开了一种永磁同步电机的转动惯量辨识方法，该方法以实际系统作为参考模型，并建立含有未知参数的参考模型，比较两个模型的输出，通过不断调整可调模型的参数，最终实现可调模型跟随参考模型的输出。当两个模型的偏差不再改变时，那么可调模型的未知参数就可以近似的代替实际的模型，从而得出辨识结果。本发明可以在线的显示出电机实际运行中转动惯量的变化，能够为以后的PI调机器参数自整定做基础，从而可以降低外部扰动给电机带来的影响。
【IPC分类】H02P21-14
【公开号】CN104734595
【申请号】CN201510096895
【发明人】周武能, 柳鑫, 刘峙飞, 王嘉宁
【申请人】东华大学, 上海鲍麦克斯电子科技有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月4日