一种永磁同步电机转动惯量辨识方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及永磁同步电机技术领域，特别是设及一种永磁同步电机转动惯量辨识 方法。
【背景技术】
[0002] 随着永磁同步电机材料性能的不断提高和完善，永磁同步电机朝着结构简单、高 效率、高功率密度和微型化发展，且具有体积小、无碳刷、快速响应等优点，在伺服场合获得 了广泛应用。由于在工业自动化领域，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。而且在工业用缝幼机行业，对其提 出了更为严苛的要求。
[0003] 目前永磁同步电机基本都是采用=环控制结构，内环为电流控制环，中环为速度 控制环，外环为位置环。控制器采用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，位置环的 作用则是使电机运动到给定的位置。
[0004] 永磁同步电机本质上是一个非线性、多时变、强禪合的系统。在实际运行中，负载 大小的改变、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。而转动惯量的 变化，则会降低整个控制系统的稳定性。运不仅会导致系统动态响应减慢，更有可能造成整 个控制系统的不稳定。因此辨识永磁同步电机的转动惯量很有必要。
[0005] 转动惯量的辨识是电机伺服控制领域的一个热口课题，而现有的转动惯量辨识方 法主要有加减速法、最小二乘法、状态观测器法、卡尔曼滤波辨识方法等，但是运些算法都 存在不同的缺点。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机转动惯量辨识方法，能够进 行实时检测，为后续的PI控制器参数自整定奠定基础。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种永磁同步电机转动惯量辨 识方法，建立未知参数的参考模型，与实际模型进行对比，然后根据算法调节参考模型的参 数，当两个模型的输出偏差基本不变时，近似用参考模型代替实际模型，且在整个辨识过程 中，将辨识出来的结果反馈到带未知参数的参考模型中，通过改善相应的可变因子，提高整 个辨识的准确性和快速性。
[0008] 所述参考模型为
Ts为采样周 期，J为电机转子及负载的转动惯量总和，
其中，iq为定子q轴电流，Wf为永磁体磁链，P为极对数；实际模型为 在(足-)=-1) - 2) + 2脚X却A：);两个模型的输出偏差为￡?W= ，辨识算法 的迭代公式为
，其中0为大于O的自适应增益，为了给0的 取值做一个折衷的选择，因此设置一个误差E值，令￡? =X;'|J(H)-./(。-i)[，运用S函数编写 子程序，当E值在不同范围内变化时，选择不同的0值反馈到辨识模块中改变增益因子，最 后当b化）值基本不变时，就辨识出了电机转子及负载的转动惯量总和J。
[0009] 所述的永磁同步电机采用i/= 0的控制策略，永磁同步电机的运动方程为：
-巧，电磁转矩方程为：T。= 1.5P[4fiq+化d-Lq)idiq]，其中：id、iq分别为定子d、 q轴电流；Ld、Lq分别为定子d、q轴电感，4巧永磁体磁链；P为极对数；Te为电机产生的电 磁转矩；1\为电机转子承受的总的负载转矩J为电机转子及负载的转动惯量总和；Wm为 转子的输出机械角速度，t为时间。
[0010] 所述永磁同步电机具体控制方法包括W下步骤：
[0011] (1)检测永磁同步电机=相定子电流，并对=相定子电流进行坐标变换得到两相 静止坐标系下的电流分量；
[0012] 似根据电机电角度和两相静止坐标系下的电流分量再进行静止-旋转变换，得 到两相同步旋转坐标系下的电流值id和iq;
[0013] (3)将电机转速反馈值与给定的转速指令进行比较，其差值作为速度PI调节器的 输入，速度PI调节器的输出则作为q轴电流PI调节器的输入；
[0014] (4)将电流值id与给定的d轴电流值进行比较，其差值作为d轴电流环PI调节器 的输入，将电流值iq与q轴电流PI调节器的输入值进行比较，其差值作为q轴电流环PI调 节器的输入，经过tq轴电流PI调节器的计算，分别得到tq轴电流环PI调节器的输出电 压Ud,Uq;
[001引 妨得到的输出电压Ud,Uq和电机电角度经过IPA服变换得到U"，Up，将U"，Up输 入到空间矢量脉宽调制模块，空间矢量脉宽调制模块计算出=相的占空比，并输出响应的S相PWM波形到逆变器，由逆变器输出S相电压驱动永磁同步电机运行。
[0016] 有益效果
[0017] 由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有W下的优点和积极效 果：本发明采用基于MRAS和反馈原理的算法，具有计算简便，收敛误差小，收敛速度快等优 点，并且可W根据辨识出来的转动惯量为W后的PI控制器参数自整定做准备。在工业实际 应用中可W把该算法移植到控制软件中并实时监控电机的转动惯量的变化，从而根据实际 工况采取应对措施，使得整个控制系统抗干扰能力更强。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的系统框图；
[0019] 图2为本发明搭建的仿真原理图；
[0020] 图3为本发明辨识模块仿真图；
[0021] 图4为反馈转速波形图；
[0022] 图5为转动惯量辨识值波形图；
[0023] 图6为将转动惯量增大5倍时的辨识值波形图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，运些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可W对本发明作各种改动或修改，运些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[00巧]本发明所述的基于MRAS和反馈原理算法的永磁同步电机转动惯量辨识方法基本 原理图如图1所示，建立未知参数的参考模型，与实际模型进行对比，然后根据算法调节可 调模型的参数，当两个模型的输出偏差基本不变时，可W近似用参考模型代替实际模型，即 辨识出了未知参数，且在整个辨识过程中，将辨识出来的结果反馈到带未知参数的参考模 型中，并通过程序改善相应的可变因子，提高整个辨识的准确性和快速性。
[0026] 本发明W永磁同步电机为研究对象建立其矢量控制系统，如图2所示，包括编码 器模块、永磁同步电机、d和q轴电流环PI调节器、速度环PI调节器、坐标变换模块、SVPWM 模块、IGBT模块和转动惯量辨识模块等。
[0027] 本发明采用的矢量控制过程原理如下所述：编码器将采集到的信号，经过速度和 位置换算模块得到反馈转速n，并与给定的转速指令11>^进行比较，其差值作为速度PI调节 器的输入，速度PI调节器的输出则作为q轴电流PI调节器的输入给定值r；;电流传感器 将检测到的永磁同步电机S相定子电流i。，ib，i。输入至坐标变换CLA服模块内进行3/2变 换，得到静止坐标系下的电流分量i。，iP;在PARK变换模块内，根据计算得到的电机电角度 9 6=PX0m，（其中P是电机的极对数，0m是电机输出机械角度）和CLARK变换得到的两 相静止坐标系下的电流分量ia，ie，进行静止-旋转（2s/2;t)变换，得到两相同步旋转坐标 系下的电流值id,iq;再将得到的电流值id与给定的d轴电流给定值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1。与速度环输出得到的q轴电流给定值i"^4行 比较，其差值作为q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W分 别得到tq轴电流环PI调节器的输