基于模型參考自適應(yīng)的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法，具體是利用基于模 型參考自適應(yīng)原理的算法辨識(shí)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效率、高功率密度、無(wú)碳刷、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在伺 服場(chǎng)合獲得了廣泛應(yīng)用。工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，特別是在機(jī)器人、航空航天、數(shù)控機(jī)床、特種設(shè)備 加工等控制精度高的領(lǐng)域，對(duì)其提出的性能要求也越來(lái)越高。
[0003] 目前永磁同步電機(jī)基本都是采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)的控制結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán)，外 環(huán)為速度控制環(huán)。控制器基本都采用PI調(diào)節(jié)器，電流環(huán)的作用是提高系統(tǒng)的快速性，抑制 電流內(nèi)部的干擾；速度環(huán)的作用則是提高系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)的能力，抑制速度的波動(dòng)。
[0004] 永磁同步電機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)非線性、多時(shí)變、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行中，負(fù)載 的改變、運(yùn)行環(huán)境的變化都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、摩擦因素等參數(shù)發(fā)生變化。尤其是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的 變化，會(huì)不可避免的降低整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在一些應(yīng)用場(chǎng)合，比如卷線機(jī)控制系統(tǒng)， 隨著卷線機(jī)卷線，折算到電機(jī)上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也會(huì)增加，這不僅會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)減慢， 更有可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此辨識(shí)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很有必要。
[0005] 現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法主要有軌跡規(guī)劃類(lèi)算法（加減速法，減速法）、最小二乘 法、狀態(tài)觀測(cè)器法、基于卡爾曼濾波辨識(shí)方法、梯度算法等，上述算法較為復(fù)雜，且收斂速度 慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種原理簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)便、收斂速度快的永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量辨識(shí)方法。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于模型參考自適應(yīng)的永磁 同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法，該永磁同步電機(jī)在矢量控制系統(tǒng)控制下運(yùn)行，其特征在于，包 括如下步驟：
[0008] 步碟1、將永磁同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程離散化之后有：
[0009] 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于模型參考自適應(yīng)的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法，該永磁同步電機(jī)在矢 量控制系統(tǒng)控制下運(yùn)行，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1、將永磁同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程離散化之后有： jOik) Mk \) =T^k)T^k)，式中，Te(k)為一個(gè)采樣周期八中速度由ω (k-Ι)變化至 ω (k)的電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩平均值； 步驟2、由插值法計(jì)算Te (k): Te (k) = 1,5/>r/[| C* -1)+1? (*) +1 % (λ - 2)]； 步驟3、永磁同步電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，在一個(gè)采樣周期Ts中可以認(rèn)為負(fù)載不變，即有： Tl (k) = TL(k-l)； 步驟4、將步驟1中的離散化方程延遲一個(gè)采樣周期，則有： = 與步驟1中方程相減得到： = ，將步驟 2 中 Te(k)的值代入則有： ISpWfTt 15 5 1 &(k) = 2m(k -1) - m(k - 2) +---; 步驟5、令1/(1:) = 15潭,[*^(1〇、^(1>1)+|^(^-2)]1#(1>3〕]，十=雖)，那么步驟4中方 程，即參考模型為： w (k) = 2co (k-I)-co (k-2)+U(k) XB(k)； 估計(jì)模型則為： m(k) = 2m(k-1)-co(k-2)+Dr(Jr)χB(k); 兩個(gè)模型的輸出偏差為： 步驟6、自適應(yīng)算法為細(xì))=細(xì)-〇+，其中β為大于0的自適應(yīng)增益，β越 大收斂越快，β越小收斂精度越高，考慮到要兼顧辨識(shí)誤差和辨識(shí)收斂時(shí)間，給β的取值 做一個(gè)折衷的選擇，辨識(shí)出B (k)，也就辨識(shí)出了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于模型參考自適應(yīng)的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法， 其特征在于，所述永磁同步電機(jī)在矢量控制系統(tǒng)控制下運(yùn)行時(shí)，其矢量控制過(guò)程為： 第一步、建立以包括編碼器、永磁同步電機(jī)、電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器、速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器、坐標(biāo) 變換模塊、SVPWM模塊、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)模塊的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，其中SVPWM模塊 為空間矢量脈寬調(diào)制模塊； 第二步、電流傳感器將檢測(cè)到的永磁同步電機(jī)三相定子電流ia，ib，i。輸入至坐標(biāo)變換 克拉克模塊內(nèi)進(jìn)行3/2變換，得到靜止坐標(biāo)系下的電流分量i α，i ρ; 第三步、在帕克變換模塊內(nèi)，根據(jù)計(jì)算得到的電機(jī)電角度叭=PX Θ ^，其中，P是電機(jī) 的極對(duì)數(shù)，9"1是電機(jī)輸出機(jī)械角度和克拉克變換得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電流分量i α， i e，再進(jìn)行靜止-旋轉(zhuǎn)變換，得到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流值id，iq; 第四步、電機(jī)的反饋轉(zhuǎn)速η = 60 0^/2 31，其中Oiii為電機(jī)的輸出角速度； 第五步、將步驟4得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋值η與給定的轉(zhuǎn)速指令ιΠ?行比較，其差值作 為速度PI調(diào)節(jié)器的輸入，其輸出則作為q軸電流PI調(diào)節(jié)器的輸入i/; 第六步、將步驟3得到的電流值^與給定的d軸電流值i /進(jìn)行比較，其差值作為d軸 電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入，電流值i,與步驟5得到的q軸電流值i 進(jìn)行比較，其差值作為 d軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入，經(jīng)過(guò)d、q軸電流PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算，可以分別得到d、q軸電流 環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓Ud，U q; 第七步、由步驟6得到的輸出電壓Ud，Uq和電機(jī)的電角度值Θ爲(wèi)過(guò)帕克變換得到U α， Up，將Ua，Up輸入到SVPWM模塊，SVPWM模塊計(jì)算出三相的占空比，并輸出響應(yīng)的三相PWM 波形到逆變器，由逆變器輸出三相電壓驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)運(yùn)行。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法，該方法以實(shí)際系統(tǒng)作為參考模型，并建立含有未知參數(shù)的參考模型，比較兩個(gè)模型的輸出，通過(guò)不斷調(diào)整可調(diào)模型的參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)可調(diào)模型跟隨參考模型的輸出。當(dāng)兩個(gè)模型的偏差不再改變時(shí)，那么可調(diào)模型的未知參數(shù)就可以近似的代替實(shí)際的模型，從而得出辨識(shí)結(jié)果。本發(fā)明可以在線的顯示出電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化，能夠?yàn)橐院蟮腜I調(diào)機(jī)器參數(shù)自整定做基礎(chǔ)，從而可以降低外部擾動(dòng)給電機(jī)帶來(lái)的影響。
【IPC分類(lèi)】H02P21-14
【公開(kāi)號(hào)】CN104734595
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510096895
【發(fā)明人】周武能, 柳鑫, 劉峙飛, 王嘉寧
【申請(qǐng)人】東華大學(xué), 上海鮑麥克斯電子科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月4日