振鏡掃描電機模型參數的辨識方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學應用領域，具體涉及一種振鏡掃描電機模型參數的辨識方法及裝 置。
【背景技術】
[0002] 振鏡掃描電機（以下或簡稱電機）是一種負載為反射鏡片或成像裝置的特殊的 直流無刷電機。相對于傳統(tǒng)電機來說，其額定功率小，動態(tài)響應快，可旋轉角度范圍一般 在-20°至+20°之間，因此，在光學應用領域，該電機通常被用作改變光路旋轉角度的裝 置。
[0003] 在實際應用中，為了實現(xiàn)對電機旋轉角度的快速定位控制，需要利用電機控制器 對電機進行閉環(huán)控制（伺服控制）。傳統(tǒng)電機控制器包括模擬控制器和PID (比例-積分-微 分）調節(jié)器。PID調節(jié)器包括擬運算放大器、電阻及電容。PID調節(jié)器根據電機輸出的信 號（包括：位置及電流）與參考信號之間的誤差計算電機旋轉角度的調節(jié)量，PID調節(jié)器將 計算出的調節(jié)量經后級線性功率放大器進行放大后驅動電機轉動，以實現(xiàn)對電機的閉環(huán)控 制。
[0004] 由于電機特性及轉子及負載不同，導致電機控制系統(tǒng)出廠及日常調試維護只能依 靠人工試湊的方法對PID調節(jié)器中比例、積分及微分控制器的參數進行調整；同時由于模 擬元件參數溫漂較大，易受環(huán)境因素影響，電機的模型參數會隨時間推移而產生變化。因 此，每隔設定時間須對PID調節(jié)器中的比例、積分及微分控制器參數再次進行調整。雖然一 些先進控制理論可以使電機系統(tǒng)實現(xiàn)自動穩(wěn)定控制，但這些算法通常須以被控對象精確的 數學模型為基礎，才能進行正常工作。
[0005] 目前，針對掃描振鏡電機中的模型參數進行辨識的方法很多，較為簡單的有脈沖 或階躍激勵法，即通過標準的階躍信號或脈沖信號對系統(tǒng)進行激勵測試，以對模型參數進 行辨識，上述方法實施簡單，但精度偏低；而較復雜的模型參數辨識方法有最小二乘法，最 大似然法及神經網絡等，然而這些辨識算法存在著過于復雜不易實現(xiàn)或者收斂速度較慢、 易受到干擾、辨識結果精度降低等缺點。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高振鏡掃描電機系統(tǒng)參數辨識速度與精度的振 鏡掃描電機模型參數辨識方法，以解決【背景技術】中電機控制系統(tǒng)中不易實現(xiàn)、收斂速度慢、 辨識精度低的問題。
[0007] 為克服相關技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種振鏡掃描電機模型參數辨識方 法，包括以下步驟：
[0008] 建立目標電機的通用數學模型，所述目標電機的通用數學模型包括依次連接的定 子線圈單元、轉子及負載單元和積分單元；
[0009] 在目標電機處于堵轉狀態(tài)時，向目標電機輸入第一周期性電壓信號進行激勵，對 目標電機輸出的第一電流信號進行采樣；提取第一周期性電壓信號中角頻率為Ub的正弦 分量或者余弦分量并將提取的角頻率為Ub的正弦分量或者余弦分量轉換為第一激勵電壓 向量；提取第一電流信號中角頻率為《,的正弦分量或余弦分量并將提取的角頻率為ω 4勺 正弦分量或余弦分量轉換為第一電流向量；將第一激勵電壓向量和第一電流向量代入到所 述通用數學模型中，計算目標電機中定子線圈單元的參數；
[0010] 在目標電機處于非堵轉狀態(tài)時，向目標電機輸入第二周期性電壓信號進行激勵， 對目標電機輸出的第二電流信號及第二電機位置信號進行采樣；提取第二電流信號中角頻 率為COub的正弦分量或余弦分量并將從第二電流信號中所提取的角頻率為ω ub的正弦或余 弦分量轉換為第二電流向量，提取第二電機位置信號中角頻率為Uub的正弦分量或余弦分 量并將從第二電機位置信號中所提取的角頻率為Uub的正弦或余弦分量轉換為第二電機 位置向量，將第二電流向量和第二電機位置向量代入到所述數學模型中，計算所述轉子及 負載單元的參數。
[0011] 進一步地，所述通用數學模型還包括設置于所述轉子及負載單元的輸出端與所述 定子線圈單元的輸入端之間的反饋單元；
[0012] 在計算電機定子線圈單元的參數后、計算所述轉子及負載單元的參數之前，或者 在計算所述轉子及負載單元的參數之后還包括：
[0013] 在目標電機處于非堵轉狀態(tài)時，向目標電機輸入第三周期性電壓信號進行激勵， 對目標電機輸出的第三電流信號、第三電機位置信號進行采樣；分別提取第三周期性電壓 信號、第三電流信號、第三電機位置信號中角頻率為Ufb的正弦分量或余弦分量，并將從第 三周期性電壓信號、第三電流信號、第三電機位置信號中提取的角頻率為的正弦或余 弦分量分別轉換為第三激勵電壓向量、第三電流向量、第三電機位置向量；
[0014] 將第三電流向量及所述定子線圈單元的參數代入到所述通用數學模型中，計算出 電機定子線圈兩端的第三模型電壓向量；利用第三電機位置向量計算獲得第三電機轉速向 量，并利用第三激勵電壓向量與第三模型電壓向量計算得到第三電壓反饋向量；
[0015] 將第三電機轉速向量及第三電壓反饋向量帶入所述通用數學模型，計算出所述反 饋單元中的反饋參數。
[0016] 其中，所述反饋單元的反饋參數包括反饋系數QfjP瞬態(tài)反饋系數K fd，或者所述反 饋單元的反饋參數只包括反饋系數Qfd。
[0017] 優(yōu)選地，所述角頻率Wub與角頻率ω fb相同；或者，角頻率ω b、角頻率COub和角頻 率Wfb相同。
[0018] 優(yōu)選地，所述定子線圈單元包括參數定子線圈等效電感Lrall和定子線圈等效電阻 Rrall，所述定子線圈單元中的參數Lrall和成一階慣性傳遞函數
[0019] 所述計算定子線圈單元的參數Lrall和Rrall包括：
[0020] 在所述目標電機處于堵轉狀態(tài)時，向所述目標電機輸入有第一周期性電壓信號進 行激勵，并對目標電機輸出的第一電流信號進行采樣，提取第一周期性電壓信號中角頻率 為cob的正弦分量電壓信號Uin_b，及所述第一電流信號中的角頻率為co b的正弦分量電流信 I out-b ;
[0021] 將所述Uin b和所述I ^t b轉為向量模式，得到： CN 105116329 A 說明書 3/14 頁
[0023] 根據在電機定子線圈一階慣性傳遞函數1
輸入角頻率為COb正弦 (余弦）信號時的幅頻特性，得到
[0024] 優(yōu)選地，所述轉子及負載單元包括參數電機轉子等效轉動慣量Jratcff、阻尼 轉矩系數Drotw，所述轉子及負載單元中的參數Jratw和D rot"構成一階慣性傳遞函數
所述積分單元的傳遞函數為
[0025] 所述計算轉子及負載單元的參數包括：
[0026] 在目標電機處于非堵轉狀態(tài)時，向所述目標電機輸入第二周期性電壓信號進行激 勵，待所述目標電機自由轉動設定時間后，對目標電機輸出的第二電流信號以及電機位置 信號進行采樣，并提取第二電流信號及電機位置信號中角頻率為Uub的正弦分量信號Iciut+ ub及 〇 out-ub 0
[0027] 將所述1_>及Θ ^ 轉化為向量形式：
[0029] 再根據轉子及負載單元的一階慣性傳遞函1
及積分單元傳 遞函數〇^",⑷=1輸入角頻率為Coub的正弦信號時的幅頻特性，得到： S'
[0031] 根據本發(fā)明的另一方面，還包括一種振鏡掃描電機模型參數的辨識裝置，包括以 下裝置：
[0032] 通用數學模型建立模塊，用于建立目標電機的通用數學模型，所述目標電機的通 用數學模型包括依次連接的定子線圈單元、轉子及負載單元和積分單元；
[0033] 定子線圈單元參數計算模塊，用于在目標電機處于堵轉狀態(tài)時，向目標電機輸入 第一周期性電壓信號進行激勵，對目標電機輸出的第一電流信號進行采樣；提取第一周期 性電壓信號中角頻率為Ub的正弦分量或者余弦分量并將提取的角頻率為ω b的正弦分量 或者余弦分量轉換為第一激勵電壓向量；提取第一電流信號中角頻率為Ub的正弦分量或 余弦分量并將提取的角頻率為Ub的正弦分量或余弦分量轉換為第一電流向量；將第一激 勵電壓向量和第一電流向量代入到所述通用數學模型中，計算目標電機中定子線圈單元的 參數；
[0034] 轉子及負載單元參數計算模塊，用于在目標電機處于非堵轉狀態(tài)時，向目標電機 輸入第二周期性電壓信號進行激勵，對目標電機輸出的第二電流信號及第二電機位置信號 進行采樣；提