[发明专利]交流永磁伺服系统的在线转动惯量辨识装置及辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流永磁伺服系统的在线转动惯量辨识装置及辨识方法，属于伺服电机控制技术领域。

背景技术

近年来，交流永磁伺服系统越来越多的应用于要求高精度、高性能的中小功率伺服领域。由于其自身惯量小，控制精度高等特点，使负载机构转动惯量的改变在很大程度上影响了伺服系统的性能。当伺服系统在实际应用时出现电气和机械参数不匹配时，需要根据实际运行状况调节控制器的参数，以满足生产应用对伺服系统性能的要求。而这种参数调节往往要求有一定专业知识的技术人员进行操作，且当应用条件改变或负载惯量变化时，都需要重新进行参数调节，这对交流永磁伺服系统的应用产生了一定限制。特别是当实际生产应用中的负载机构转动惯量在系统生产运行过程中发生变化时，能否立刻根据当前运行状况调节控制器参数，对于系统性能的提高起到重要作用。为了使永磁交流伺服系统广泛应用于工业生产中，实时、快速、准确地辨识出系统的负载惯量，并自动调节响应的控制器参数，是对伺服系统的性能满足生产应用的要求。

中国专利《基于惯量辨识的交流伺服系统速度环控制参数自整定方法》，公开号为CN101989827A，公开日为20110323，主要提出了一种基于观测器的参数自整定方法，该专利的重点在于参数自整定的方法。而其惯量辨识方法是基于负载观测器的迭代方式进行负载惯量估计，观测器需要针对被控对象参数进行设计，使用较为复杂，观测器中含有的微分环节容易放大噪声，产生干扰，进而影响辨识准确性。

中国专利《交流永磁同步电机伺服系统的转动惯量辨识方法》，公开号为CN101699763A，公开日为20100428，该方法是在离线条件下，使电机按照给定的特殊速度轨迹运转，并对相应的电磁转矩进行积分来求得惯量。该方法存在一个假设：在辨识过程中，采用很短的辨识周期，并近似认为在辨识周期内负载转矩和负载惯量都是常值。但是，当实际系统中惯量较大时，电机转速可能无法在较短的辨识周期内达到转速给定值。如果调节器参数设置不够合理，在较低转速时，电机的反馈转速和转矩可能存在振荡，限制了辨识精度。此外，电机由静止转为运动时，摩擦阻力由静摩擦力转为动摩擦力且变化较大，而动摩擦力又与速度有关，该方法忽略了摩擦力变化以及粘滞阻力，这在一定程度上也影了响辨识精度。

中国专利《交流伺服系统的转动惯量辨识方法》，公开号为CN101231207A，公开日为20080730，该专利中解决转动惯量辨识的技术手段是：将负载惯量与电机的转子惯量看作一个整体惯量，伺服系统进行加减速运动，得出此段时间内的系统输出转矩和电机平均转速，由系统输出转矩得到伺服系统平均转矩，再根据电机平均转速、伺服系统平均转矩和系统加减速运行的总时间，得到所述整体惯量的值，即辨识出交流伺服系统的转动惯量。但是这个方法存在两点不足：第一，在辨识过程中交流伺服系统加减速运行时，如果其负载转矩是无规则实时变化的，也就是说当加速过程的负载转矩与减速过程的负载转矩是不对称的，或者说相差很大时，就会导致辨识结果远远偏离真实结果；第二，如果系统的转动惯量在加减速运行时发生变化，上述方法是无法辨识出这个转动惯量变化的，甚至会辨识出一个错误的结果。

以上三个专利中的惯量辨识方法均是在离线状态下辨识负载机械系统转动惯量，无法做到在系统生产运行过程中在线辨识负载机构转动惯量。因此，也无法根据系统当前状况实时调整系统控制参数，优化系统性能。

发明内容

本发明为了解决现有对电机的转动惯量辨识均是在离线状态下辨识负载机械系统转动惯量，无法根据系统当前状况实时调整系统控制参数的问题，提供一种交流永磁伺服系统的在线转动惯量辨识装置及辨识方法。

本发明所述交流永磁伺服系统的在线转动惯量辨识装置，它包括位置控制器、速度控制器、转矩控制器、电机和负载单元和光电编码器，它还包括微分单元、正弦信号生成器和转动惯量辨识单元，

正弦信号生成器输出的正弦波信号与电机给定位置信号叠加后生成控制信号输入给位置控制器的控制信号输入端，位置控制器的位置控制信号输出端连接速度控制器的速度控制信号输入端，速度控制器的转矩控制信号输出端连接转矩控制器的转矩控制信号输入端，转矩控制器的PWM电压信号输出端连接电机和负载单元的PWM电压信号输入端，电机和负载单元的电机转子位置信号输出端连接光电编码器的电机转子位置信号输入端，光电编码器用于采集电机和负载单元中电机的转子位置信号，光电编码器的转子位置信号输出端连接转动惯量辨识单元的转子位置信号输入端；

电机和负载单元的转矩反馈信号输出端连接转矩控制器的转矩反馈信号输入端；