[发明专利]一种测量电机转动惯量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量电机转动惯量的方法，属于电机参数测量领域。

背景技术

现阶段，电机种类繁多，应用广泛，尤其是永磁同步电机，因其构简单、体积小、运行效率高、功率因数高、转动惯量小等优点而被广泛应用在航天、电动汽车等驱动系统中，驱动系统运行的好坏关乎人身财产安全。随着无速度传感器控制、预测转矩控制等现代控制方法应用于永磁同步电机控制系统，电机的参数尤其是转动惯量的准确性，直接影响控制方法的有效性，进而驱动系统控制性能的可靠性及鲁棒性。

再者，对于仿真以及一些现代控制算法的研究都需要精确测量转动惯量的值，因此，精确测量电机转动惯量是很有必要的。目前，电机转动惯量的测量通常是采用速度传感器测量电机速度与时间的关系，但是该方法受限于速度传感器，其速度测量精度直接影响转动惯量测量精度，传统方法直接受速度传感器精度的影响，而且无法测量没有速度传感器的电机，受到限制。

发明内容

发明目的：为了提高现有测量电机转动惯量的精度，以及克服没有转速传感器的限制，本发明提出了一种利用电机反电动势与转速之间的关系来测量电机转动惯量的方法，在测量过程中，不需要使用转速传感器及相关的硬件电路，极大地降低了硬件电路的复杂度，同时相对于一般的转速传感器，利用该方法得到转速更精确，进而测得的转动惯量更精确。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种测量电机转动惯量的方法，测量时利用转速与反电动势幅值的关系，不需要用转速传感器及其相关的硬件电路，结构简单，精度高，主要步骤如下：

(1)测量不同转速下电机a相反电动势e_a，同时用示波器记录反电动势波形，测量多组数据后通过数据拟合得到a相反电动势幅值e_am与转速n的关系e_am＝f(n)；

(2)首先使用测功机以恒定转矩T_m拖动电机加速运行，同时用示波器记录起动过程a相反电动势波形e_au＝f₁(t)；然后让电机自由停机，并用示波器记录电机自由停机过程的a相反电动势波形e_ad＝f₂(t)；

(3)分别筛选出步骤(2)中起动过程和停机过程电机a相反电动势的幅值数据，即：起动过程的a相反电动势的幅值e_aum＝f₃(t)，停机过程的a相反电动势的幅值e_adm＝f₄(t)；

(4)由步骤(1)的e_am＝f(n)得到n＝f^-1(e_am)；将位置角速度ω_r采用表示，结合步骤(3)得到起动过程和停机过程中位置角速度与时间的关系，得到和

(5)记函数f₅(t)和f₆(t)的斜率分别为k_u和k_d，计算转动惯量为

具体的，所述步骤(1)中，测量反电动势的原动机为直流电机、异步电机或同步电机中的任意一种，或者直接采用测功机测量反电动势。

具体的，所述步骤(1)中，采用MATLAB中的拟合模块对测量到的多组数据进行数据拟合，得到a相反电动势幅值e_am与转速n的关系。

具体的，所述步骤(2)中，测功机只需保证拖动待测电机加速运行阶段保持恒转矩。

具体的，所述步骤(3)中，通过编程软件分别筛选出起动过程和停机过程电机a相反电动势的幅值数据，编程软件可以为MATLAB、C语言、C++等。

有益效果：本发明提供的测量电机转动惯量的方法，充分利用电机反电动势与转速的关系，可按照误差的平方和最小原则来选取最优拟合算法，如线性、多项式、双曲线拟合等，操作中可直接利用MATLAB的曲线拟合模块，不需额外编写程序，实现很简单，而且精度很高；再者，因反电动势与转速的关系是通过多组实验直接测量出来的，利用反电动势可精确的表示出该值下的转速，比一般的测速传感器精度要高，因而测量精度较高；另外，本发明不需要转速传感器及其相关的硬件电路，测量仪器只需一台示波器就可以完成整个测量过程，实现比较简单、方便。

附图说明

图1是本发明测量方法装置的框图；

图2是本发明测量方法的流程框图；

图3为电机加速阶段a相反电动势波形；