基于模型參考自適應的永磁同步電機轉動慣量辨識方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種永磁同步電機伺服系統的轉動慣量辨識方法，具體是利用基于模 型參考自適應原理的算法辨識永磁同步電機的轉動慣量。
【背景技術】
[0002] 永磁同步電機具有結構簡單、高效率、高功率密度、無碳刷、快速響應等優點，在伺 服場合獲得了廣泛應用。工業自動化領域，特別是在機器人、航空航天、數控機床、特種設備 加工等控制精度高的領域，對其提出的性能要求也越來越高。
[0003] 目前永磁同步電機基本都是采用雙閉環結構的控制結構，內環為電流控制環，外 環為速度控制環。控制器基本都采用PI調節器，電流環的作用是提高系統的快速性，抑制 電流內部的干擾；速度環的作用則是提高系統抗負載擾動的能力，抑制速度的波動。
[0004] 永磁同步電機本質上是一個非線性、多時變、強耦合的系統。在實際運行中，負載 的改變、運行環境的變化都會導致轉動慣量、摩擦因素等參數發生變化。尤其是轉動慣量的 變化，會不可避免的降低整個控制系統的穩定性。在一些應用場合，比如卷線機控制系統， 隨著卷線機卷線，折算到電機上的總轉動慣量也會增加，這不僅會導致系統動態響應減慢， 更有可能造成系統的不穩定。因此辨識永磁同步電機的轉動慣量很有必要。
[0005] 現有的轉動慣量辨識方法主要有軌跡規劃類算法（加減速法，減速法）、最小二乘 法、狀態觀測器法、基于卡爾曼濾波辨識方法、梯度算法等，上述算法較為復雜，且收斂速度 慢。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種原理簡單、計算簡便、收斂速度快的永磁同步電機的轉 動慣量辨識方法。
[0007] 為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種基于模型參考自適應的永磁 同步電機轉動慣量辨識方法，該永磁同步電機在矢量控制系統控制下運行，其特征在于，包 括如下步驟：
[0008] 步碟1、將永磁同步電機的運動方程離散化之后有：
[0009] 1
【主權項】
1. 一種基于模型參考自適應的永磁同步電機轉動慣量辨識方法，該永磁同步電機在矢 量控制系統控制下運行，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1、將永磁同步電機的運動方程離散化之后有： jOik) Mk \) =T^k)T^k)，式中，Te(k)為一個采樣周期八中速度由ω (k-Ι)變化至 ω (k)的電機的電磁轉矩平均值； 步驟2、由插值法計算Te (k): Te (k) = 1,5/>r/[| C* -1)+1? (*) +1 % (λ - 2)]； 步驟3、永磁同步電機在實際運行中，在一個采樣周期Ts中可以認為負載不變，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)； 估計模型則為： m(k) = 2m(k-1)-co(k-2)+Dr(Jr)χB(k); 兩個模型的輸出偏差為： 步驟6、自適應算法為細)=細-〇+，其中β為大于0的自適應增益，β越 大收斂越快，β越小收斂精度越高，考慮到要兼顧辨識誤差和辨識收斂時間，給β的取值 做一個折衷的選擇，辨識出B (k)，也就辨識出了轉動慣量J。
2. 如權利要求1所述的一種基于模型參考自適應的永磁同步電機轉動慣量辨識方法， 其特征在于，所述永磁同步電機在矢量控制系統控制下運行時，其矢量控制過程為： 第一步、建立以包括編碼器、永磁同步電機、電流環PI調節器、速度環PI調節器、坐標 變換模塊、SVPWM模塊、轉動慣量辨識模塊的永磁同步電機矢量控制系統，其中SVPWM模塊 為空間矢量脈寬調制模塊； 第二步、電流傳感器將檢測到的永磁同步電機三相定子電流ia，ib，i。輸入至坐標變換 克拉克模塊內進行3/2變換，得到靜止坐標系下的電流分量i α，i ρ; 第三步、在帕克變換模塊內，根據計算得到的電機電角度叭=PX Θ ^，其中，P是電機 的極對數，9"1是電機輸出機械角度和克拉克變換得到的兩相靜止坐標系下的電流分量i α， i e，再進行靜止-旋轉變換，得到兩相同步旋轉坐標系下的電流值id，iq; 第四步、電機的反饋轉速η = 60 0^/2 31，其中Oiii為電機的輸出角速度； 第五步、將步驟4得到的電機轉速反饋值η與給定的轉速指令ιΠ?行比較，其差值作 為速度PI調節器的輸入，其輸出則作為q軸電流PI調節器的輸入i/; 第六步、將步驟3得到的電流值^與給定的d軸電流值i /進行比較，其差值作為d軸 電流環PI調節器的輸入，電流值i,與步驟5得到的q軸電流值i 進行比較，其差值作為 d軸電流環PI調節器的輸入，經過d、q軸電流PI調節器的計算，可以分別得到d、q軸電流 環PI調節器的輸出電壓Ud，U q; 第七步、由步驟6得到的輸出電壓Ud，Uq和電機的電角度值Θ爲過帕克變換得到U α， Up，將Ua，Up輸入到SVPWM模塊，SVPWM模塊計算出三相的占空比，并輸出響應的三相PWM 波形到逆變器，由逆變器輸出三相電壓驅動永磁同步電機運行。
【專利摘要】本發明公開了一種永磁同步電機的轉動慣量辨識方法，該方法以實際系統作為參考模型，并建立含有未知參數的參考模型，比較兩個模型的輸出，通過不斷調整可調模型的參數，最終實現可調模型跟隨參考模型的輸出。當兩個模型的偏差不再改變時，那么可調模型的未知參數就可以近似的代替實際的模型，從而得出辨識結果。本發明可以在線的顯示出電機實際運行中轉動慣量的變化，能夠為以后的PI調機器參數自整定做基礎，從而可以降低外部擾動給電機帶來的影響。
【IPC分類】H02P21-14
【公開號】CN104734595
【申請號】CN201510096895
【發明人】周武能, 柳鑫, 劉峙飛, 王嘉寧
【申請人】東華大學, 上海鮑麥克斯電子科技有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月4日