利用正弦扰动信号获取电机驱动系统机械参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机械参数辨识的技术领域，尤其设及一种利用正弦扰动信号获取电机 驱动系统机械参数的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，常用永磁同步电机驱动系统的机械参数辨识方法往往需要比较复杂的加减 速过程，同时也需要比较繁琐的系统辨识算法和积分微分计算来辅助计算所需要的机械参 数如转动惯量和粘性摩擦系数等。但是对于一个商业驱动器来说，其核屯、处理器往往是倾 向于低成本的低速处理器，因此往往不适宜进行较为复杂的辨识算法和积分微分计算，进 而限制了现有机械参数辨识技术在工程上的应用和推广。
【发明内容】
[0003] 针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种简单地获得整个机械系统的转 动惯量和粘性摩擦系数的利用正弦扰动信号获取电机驱动系统机械参数的方法。
[0004] 为了达到上述目的，本发明一种利用正弦扰动信号获取电机驱动系统机械参数的 方法，通过在永磁同步电机的交轴上注入一个正弦扰动电流，了解转子机械角速度峰值Wr (t=tp)、转子机械角速度峰值〇r(t=tp)所对应的iq(t=tp)W及转子机械角速度过零点〇r(t =t〇)所对应的iq(t=t〇)，从而得到永磁同步电机驱动系统的机械转动惯量的计算公式为：
[000引其中，上述D式和E式由W下计算步骤推导得到： S1、获取驱动系统机械方程A式:设置包括永磁同步电机、基于矢量控制的驱动器、机械 负载W及位置编辑器的永磁同步电机驱动系统，该永磁同步电机驱动系统的机械方程表征 如下：
其中，J是驱动系统的转动惯量， F是永磁同步电机驱动系统的粘性摩擦系数，ωr是永磁同步电机驱动系统的电机机械角速度， Te是永磁同步电机驱动系统的电磁转矩， Tm是永磁同步电机驱动系统的外加负载转矩； S2、注入扰动电流:在永磁同步电机的交轴上注入一个扰动的电流，在扰动电流id=ο时，电磁转矩Te可W由转矩常数Ke直接计算得出 Te=1.5pltmiq=1 .SpKelq 其中，是永磁同步电机的转子永磁磁链， P是永磁同步电机的极对数，iq是永磁同步电机的交轴电流； 其中，在id=0控制时，=Ke; 53、 在Tm=0的情况下简化A式得B式:在机械参数辨识过程中，在没有外加负载转矩Tm=0 的情况下，将直轴电流设置为id=0，交轴电流设置为正弦扰动iq=Iqsin(ωht)， 其中，Wh是交轴电流的正弦扰动频率， Iq是交轴电流的实测幅值； 因此，将对应的电机机械角速度表征为Wr=Wpsin(ωπ?+Φ), 其中，ωρ是机械角速度的实测峰值或谷值， Φ是交轴电流iq和电机机械角速度ωτ之间的相位差； 将Tm=0，iq=lqsin(Wht)和Wr=Wpsin(ωπ?+Φ)代入A式中，可W得到：
54、 通过角速度过零点简化B式得C式:通过永磁同步电机转子机械角速度的过零点t= to有
，在此过零点，此时粘性摩擦力所对应的转 矩分量为0，进一步简化B式，得到：
55、 获取计算机械转动惯量的D式:将转子机械角速度的过零点时刻t=tO所对应的交轴 电流值提取出来iq(t=t0)=IqSin(ωhto)，永磁同步电机驱动系统的机械转动惯量由C式计算 得出：
56、 获取计算粘性摩擦系数的F式:将机械转子角速度峰值点t=tp所对应的交轴电流值 提取出来iq(t=tp)=IqSin(Whtp)，由B式可得到：
[0006]其中，在S4中用于检测所量测数据如转子机械角速度和交轴电流的过零点原理程 序如下所示： fori二1:DataLength ifData(i)>0;
在^上程序里，0日1日，0日1日1^611旨1：11，？〇1日1'；[17，和261'0化033；[]1旨分别是所量测的数据、 数据长度、数据的正负极性和过零点标志位。
[0007] 本发明的有益效果是： 与现有技术相比，本发明的利用正弦扰动信号获取电机驱动系统机械参数的方法，通 过在永磁同步电机的交轴上注入一个扰动电流，并通过此电流扰动引起电机角速度的变 化，结合在电机机械角速度变化过程中速度及加速度的几个特征时刻对电机交轴电流的观 测，实现对电机转动惯量、摩擦系数的独立观测。可W在不施加复杂多加速度过程和复杂系 统辨识算法的情况下，只需要知道所量测数据里的Ξ个关键点:转子机械角速度峰值ωr(t =tp)、转子机械角速度峰值Wr(t=tp)所对应的iq(t=tp)，转子机械角速度过零点〇r(t=t〇) 所对应的iq(t=t〇 )，就可W精确计算永磁同步电机驱动系统的转动惯量和粘性摩擦系数。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明利用正弦扰动信号获取电机驱动系统机械参数的方法的流程图； 图2为永磁同步电机转子机械角速度与时间的函数关系图； 图3为永磁同步电机转子交轴电流与时间的函数关系图； 图4为图2中的永磁同步电机转子机械角速度过零点检测图； 图5为图3中的永磁同步电机转子交轴电流过零点检测图。
【具体实施方式】
[0009] 为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
[0010] 参阅图1，本发明的利用正弦扰动信号获取电机驱动系统机械参数的方法，包括W 下推导步骤： 计算步骤推导得到： S1、获取驱动系统机械方程A式:设置包括永磁同步电机、基于矢量控制的驱动器、机械 负载W及位置编辑器的永磁同步电机驱动系统，该永磁同步电机驱动系统的机械方程表征 如下：
其中，J是驱动系统的转动惯量， F是永磁同步电机驱动系统的粘性摩擦系数，ωr是永磁同步电机驱动系统的电机机械角速度， Te是永磁同步电机驱动系统的电磁转矩， Tm是永磁同步电机驱动系统的外加负载转矩； S2、注入扰动电流:在永磁同步电机的交轴上注入一个扰动的电流，在扰动电流id=0 时，电磁转矩Te可W由转矩常数Ke直接计算得出 Te=1.5pfciq二1.5pKeiq 其中，是永磁同步电机的转子永磁磁链， P是永磁同步电机的极对数，iq是永磁同步电机的交轴电流； 其中，在id=0控制时，lk=Ke; 53、 在Tm=0的情况下简化A式得B式:在机械参数辨识过程中，在没有外加负载转矩Tm=0 的情况下，将直轴电流设置为id=0，交轴电流设置为正弦扰动iq=Iqsin(ωht)， 其中，Wh是交轴电流的正弦扰动频率， Iq是交轴电流的实测幅值； 因此，将对应的电机机械角速度表征为Wr=Wpsin(ωπ?+Φ), 其中，ωρ是机械角速度的实测峰值或谷值， Φ是交轴电流iq和电机机械角速度ωτ之间的相位差； 将Tm=0，iq=lqsin(Wht)和Wr=Wpsin(ωπ?+Φ)代入A式中，可W得到：
54、 通过角速度过零点简化B式得C式:通过永磁同步电机转子机械角速度的过零点t= to有
，在此过零点，此时粘性摩擦力所对应的转 矩分量为0，进一步简化B式，得到：
55、 获取计算机械转动惯量的D式:将转子机械角速度的过零点时刻t=tO所对应的交轴 电流值提取出来iq(t=t〇)=IqSin(ωhto)，永磁同步电机驱动系统的机械转动惯量由C式计算 得出：
56、 获取计算粘性摩擦系数的F式:将机械转子角速度峰值点t=