[发明专利]一种基于降阶电流环的永磁同步电机转动惯量识别方法

说明书

本发明公开了一种基于降阶电流环的永磁同步电机转动惯量识别方法，基于电流环PI控制器，根据电机电磁参数进行电流环降阶，使电流环成为一阶响应系统；通过测量系统在一个正弦叠加直流偏置的参考转矩激励下的频率响应，获得电机机械惯量参数。本发明只需要使用通用变频器，算法可以集成进电机控制器程序，降低转动惯量测试复杂度，简便易行，容易工程实现，对于设计智能电机控制器具有重要意义。

技术领域

本发明涉及电器控制领域，具体涉及一种基于降阶电流环的永磁同步电机转动惯量识别方法。

背景技术

永磁同步电机因其高功率密度、高效率、低转矩脉动及出色的动态特性在伺服系统、工业驱动、新能源汽车等领域具有重要而广泛的应用前景。而在电机控制器中，永磁同步电机的转子机械转动惯量作为一个重要参数。对于电机控制器中的速度环设计非常重要。传统的转动惯量测量方案主要有三种，即采用精密测量仪器测量、电机加速和空载减速的录波测量、三线摆及单摆测量。在以上方案中，第一种方法需要配备精密测量系统，造价较为昂贵；第二种方法对于机械时间常数大于电磁惯性的系统较为合适，对于一些特种电机，比如无轴承电机，这种方式不能很好地完成转动惯量测量；第三种方案需要把转子取出，不符合电机应用场合。除此之外，还有根据转子结构直接使用几何计算的方案以获得转动惯量参数，但不便于实际应用。

目前，智能电机控制器的需求促使业界对于高效而方便的转动惯量识别技术十分关注。

南京埃斯顿自动控制技术有限公司提出的“交流伺服系统的转动惯量辨识方法”(专利号：CN200810018783.0)，使用了加减速的方案测试电机系统，通过加减速过程中获得平均转矩与平均速度，根据转矩与速度关系获得转动惯量，但是此方法要求必须拥有稳定的电机控制器。对于一个转动惯量未知的电机，获得稳定的电机控制器需要实际的工程经验来设置速度环PI环参数，不利于提高生产效率。

哈尔滨工业大学徐殿国教授提出的“交流永磁伺服系统的在线转动惯量辨识装置及辨识方法”(专利号：CN201110301765.5)利用一台稳定的伺服驱动器，直接分析位置信号与转动惯量的关系，并在数学分析中消除摩擦因数的影响。但是对于一台新的电机来说，在不获得准确的转子惯量参数下，无法快速设计性能优良的伺服控制器，同时位置信号并不能在普通的工业变频器中获得，其获得过程需要相关位置传感器提供数据，这增加了测量系统本身的造价。

英国谢菲尔德大学诸自强教授在《Fast Determination of Moment of Inertiaof Permanent Magnet Synchronous Machine Drives for Design of Speed LoopRegulator》中提出了一种使用正弦参考转矩的方法测量转动惯量，但是该种方法假设电流环电磁常数远小于机械常数，对于一些特种电机，这种要求无法满足。另一方面，因为正弦电流控制过程需要保证逆变器可以工作在四个象限。即电机减速过程要完成电磁制动，普通变频器无法完成，该种方法只可以在实验室内使用四象限变频器完成。另一方面空载转矩的在正负转速下方向会发生变化，如果直接假设空载转矩为0，不符合实际工作场合。这两方面限制了系统不能应用在特殊电机或者通用变频器场合，即该种方法有一定的局限性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于降阶电流环的永磁同步电机转动惯量识别方法，通过使用降阶电流环设计电流环响应过程计算电机转动惯量，解决了现有技术的不足。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于降阶电流环的永磁同步电机转动惯量识别方法，其特征在于，基于电流环PI控制器，根据电机电磁参数进行电流环降阶，使电流环成为一阶响应系统；通过测量系统在一个正弦叠加直流偏置的参考转矩激励下的频率响应，获得电机机械惯量参数。参考转矩值使用正弦周期函数分量叠加直流偏置分量，稳态速度为正弦响应速度分量叠加直流响应速度分量。正弦响应速度分量与正弦参考转矩的相移与幅度比是系统转动惯量J与摩擦系数B的函数，因此根据响应函数幅度比与相移关系即可求得电机的转动惯量。