基于变长度均值滤波的负载转动惯量辨识方法和装置与流程

本发明涉及伺服系统，尤其是涉及基于变长度均值滤波的负载转动惯量辨识方法和装置。

背景技术：

1、伺服系统在运行过程中，由于负载大小或重心的变化，使得电机轴端负载转动惯量发生改变。当伺服系统速度环和位置环参数与负载转动惯量不匹配时，容易造成伺服系统动态性能恶化，如位置跟随误差增大，系统震荡等。因此，伺服系统应该具有在运行过程中实时辨识负载转动惯量的能力。

2、目前，常见的负载转动惯量辨识方法包括递推最小二乘法、扩展卡尔曼滤波器法和模型参考自适应法等。这些方法都是基于电机的运动方程建立负载转动惯量递推模型，通过连续采集电机电流和转速来输入到负载转动惯量递推模型，从而获得实时的负载转动惯量值。

3、在实际的负载转动惯量辨识过程中，考虑到低加速度情况下，电机电流和加速度值均比较小，此时负载转动惯量辨识结果易受电流采样噪声和速度计算误差的影响，造成辨识精度下降甚至是发散。

4、针对这个问题，目前采用的方法是在转动惯量辨识前增加电流和转速滤波模块，具体做法是设定一个固定的加速度阈值，当通过两次转速计算得到的加速度值高于此阈值时，才会将此时的电流和转速值带入负载转动惯量递推模型中进行计算，否则就丢弃当前时刻的电流和转速值，避免低加速情况下电流采样噪声和速度计算误差对负载转动惯量辨识的干扰。

5、固定的加速度阈值虽然能在一定程度上改善负载转动惯量辨识精度，但也不够灵活，限制了负载转动惯量辨识的应用范围。当加速度阈值较大时，虽然对电流和转速的滤波能力强，但也会使送入负载转动惯量辨识递推模型的有效数据变少，增加了惯量辨识的时间，降低了算法对实际转动惯量变化时的动态跟踪能力。反之，当加速度阈值比较小时，也会引入较多的电流和转速噪声，使得负载转动惯量辨识精度下降。

6、综上，固定的加速度阈值无法兼顾负载转动惯量辨识的动态响应和抗噪声干扰的能力。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供基于变长度均值滤波的负载转动惯量辨识方法和装置，采用变长度均值滤波方法对低加速度情况下的电流和转速进行同步滤波，从而兼顾了对负载转动惯量辨识时的动态响应能力和良好的噪声去除效果。

2、第一方面，本发明实施例提供了基于变长度均值滤波的负载转动惯量辨识方法，所述方法包括：

3、采集k时刻的转速值和电流，以及k+1时刻的转速值和电流；

4、根据所述k时刻的转速值和所述k+1时刻的转速值，计算第一加速度值；

5、当所述第一加速度值的绝对值大于或等于加速度上限值时，将所述k时刻的转速值和电流，以及所述k+1时刻的转速值和电流输入负载转动惯量递推模型中；

6、当所述第一加速度值的绝对值小于所述加速度上限值时，采用变长度均值滤波方法计算第二加速度值；

7、当所述第二加速度值的绝对值大于或等于加速度限制值时，将转速均值滤波值和电流均值滤波值输入所述负载转动惯量递推模型中，其中，所述加速度限制值为所述加速度上限值的一半，均值滤波长度为2；

8、当所述第二加速度值的绝对值小于所述加速度限制值时，继续等到k+5时刻获取新的转速值和新的电流，重复上述过程，直至加速度判断值小于加速度下限值后，舍弃所述k时刻至当前时刻对应的转速值和电流，并将所述均值滤波长度复位为1。

9、进一步的，所述转速均值滤波值包括第一均值滤波值和第二均值滤波值，采用变长度均值滤波方法计算第二加速度值，包括：

10、当在k+3时刻时，获取k+2时刻对应的转速值和电流，以及所述k+3时刻对应的转速值和电流；

11、根据所述k时刻对应的转速值和所述k+1时刻对应的转速值，计算所述第一均值滤波值；

12、根据所述k+2时刻对应的转速值和所述k+3时刻对应的转速值，计算所述第二均值滤波值；

13、根据所述第一均值滤波值和所述第二均值滤波值，计算所述第二加速度值。

14、进一步的，根据所述k时刻对应的转速值和所述k+1时刻对应的转速值，计算所述第一均值滤波值，包括：

15、根据下式计算所述第一均值滤波值：

16、save1＝(sk+sk+1)/2

17、其中，save1为所述第一均值滤波值，sk为所述k时刻对应的转速值，sk+1为所述k+1时刻对应的转速值。

18、进一步的，根据所述k+2时刻对应的转速值和所述k+3时刻对应的转速值，计算所述第二均值滤波值，包括：

19、根据下式计算所述第二均值滤波值：

20、save2＝(sk+2+sk+3)/2

21、其中，save2为所述第二均值滤波值，sk+2为所述k+2时刻对应的转速值，sk+3为所述k+3时刻对应的转速值。

22、进一步的，根据所述第一均值滤波值和所述第二均值滤波值，计算所述第二加速度值，包括：

23、根据下式计算所述第二加速度值：

24、acc2＝(save2-save1)/(2*t)

25、其中，acc2为所述第二加速度值，save1为所述第一均值滤波值，save2为所述第二均值滤波值，t为速度环运行周期。

26、第二方面，本发明实施例提供了基于变长度均值滤波的负载转动惯量辨识装置，所述装置包括：

27、第一采集模块，用于采集k时刻的转速值和电流，以及k+1时刻的转速值和电流；

28、第一计算模块，用于根据所述k时刻的转速值和所述k+1时刻的转速值，计算第一加速度值；

29、第一输入模块，用于当所述第一加速度值的绝对值大于或等于加速度上限值时，将所述k时刻的转速值和电流，以及所述k+1时刻的转速值和电流输入负载转动惯量递推模型中；

30、第二计算模块，用于当所述第一加速度值的绝对值小于所述加速度上限值时，采用变长度均值滤波方法计算第二加速度值；

31、第二输入模块，用于当所述第二加速度值的绝对值大于加速度限制值时，将转速均值滤波值和电流均值滤波值输入所述负载转动惯量递推模型中，其中，所述加速度限制值为所述加速度上限值的一半，均值滤波长度为2；

32、第二采集模块，用于当所述第二加速度值的绝对值小于所述加速度限制值时，继续等到k+5时刻获取新的转速值和新的电流，重复上述过程，直至加速度判断值小于加速度下限值后，舍弃所述k时刻至当前时刻对应的转速值和电流，并将所述均值滤波长度复位为1。

33、进一步的，所述转速均值滤波值包括第一均值滤波值和第二均值滤波值，所述第二计算模块具体用于：

34、当在k+3时刻时，获取k+2时刻对应的转速值和电流，以及所述k+3时刻对应的转速值和电流；

35、根据所述k时刻对应的转速值和所述k+1时刻对应的转速值，计算所述第一均值滤波值；

36、根据所述k+2时刻对应的转速值和所述k+3时刻对应的转速值，计算所述第二均值滤波值；

37、根据所述第一均值滤波值和所述第二均值滤波值，计算所述第二加速度值。

38、进一步的，所述第二计算模块具体用于：

39、根据下式计算所述第一均值滤波值：

40、save1＝(sk+sk+1)/2

41、其中，save1为所述第一均值滤波值，sk为所述k时刻对应的转速值，sk+1为所述k+1时刻对应的转速值。

42、第三方面，本发明实施例提供了电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。

43、第四方面，本发明实施例提供了具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行如上所述的方法。

44、本发明实施例提供了基于变长度均值滤波的负载转动惯量辨识方法和装置，包括：采集k时刻的转速值和电流，以及k+1时刻的转速值和电流；根据k时刻的转速值和k+1时刻的转速值，计算第一加速度值；当第一加速度值的绝对值大于或等于加速度上限值时，将k时刻的转速值和电流，以及k+1时刻的转速值和电流输入负载转动惯量递推模型中；当第一加速度值的绝对值小于加速度上限值时，采用变长度均值滤波方法计算第二加速度值；当第二加速度值的绝对值大于或等于加速度限制值时，将转速均值滤波值和电流均值滤波值输入负载转动惯量递推模型中，其中，加速度限制值为加速度上限值的一半，均值滤波长度为2；当第二加速度值的绝对值小于加速度限制值时，继续等到k+5时刻获取新的转速值和新的电流，重复上述过程，直至加速度判断值小于加速度下限值后，舍弃k时刻至当前时刻对应的转速值和电流，并将均值滤波长度复位为1；采用变长度均值滤波方法对低加速度情况下的电流和转速进行同步滤波，从而兼顾了对负载转动惯量辨识时的动态响应能力和良好的噪声去除效果。

45、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

46、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。