[发明专利]一种基于电机负载转矩检测的转动惯量在线辨识方法

说明书

本发明公开了一种基于电机负载转矩检测的转动惯量在线辨识方法，首先通过离线负载转矩检测模块得到电机负载转矩值，然后以电机机械运动方程作为模型参考自适应转动惯量参考模型，搭建可调模型并进行离散化；最后采用PI结构设计自适应规律，通过自适应规律使得可调模型逼近参考模型，进而辨识出电机转动惯量值。本发明利用离线检测得到的负载转矩值，搭建更为精确的可调模型，采用比例积分(PI)结构设计自适应规律实时在线辨识电机转动惯量。实验结果表明，该方法可以快速、有效、准确地辨识出转动惯量，以此为基础可以进一步对控制参数的整定以及控制性能的优化提供有力支持。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机伺服控制技术领域，具体地说，特别涉及到一种基于电机负载转矩检测的转动惯量在线辨识方法。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单、体积小、功率因数高、功率密度高、无电刷等特点，能够适用于对响应速度与精度要求较高的伺服行业。近年来，随着永磁同步电机在航空航天、工业自动化、数控机床、精密仪器加工等领域的应用越来越广泛，这些应用场合对永磁同步电机控制的性能要求也越来越高。

由于应用场合对永磁同步电机伺服系统控制的性能要求越来越高，以及电机的工作环境越来越苛刻，在运行过程中，电机的一些参数会发生明显变化。其中转动惯量变化带来的问题最为显著，一旦控制没有针对惯量变化做出应对策略，会引起响应速度变慢、稳定性下降等问题，严重时甚至会出现工件剧烈抖动造成危险事故等。

现有的转动惯量辨识方法主要分为离线辨识与在线辨识两大类，离线辨识无法应对运行过程中转动惯量的突变；在线辨识主要分为最小二乘法、模型参考自适应算法、基于卡尔曼滤波器的辨识方法、神经网络算法等。相对而言，后两种方法计算较为复杂，实际应用案例极少；而前两种方法应用较为广泛，各有优劣。目前模型参考自适应算法采用的自适应规律绝大多数为朗道离散时间递推算法，该算法需要设置的自适应增益系数物理意义模糊，而且对稳定性和收敛性的影响都很大。而目前模型参考自适应算法采用的可调模型往往会在电机机械运动方程基础上进行微分来简化负载转矩项，所带来的高阶微分项也会在一定程度上降低系统的稳定性。

发明内容

目前尚未有基于模型参考自适应算法的在线转动惯量辨识方法采用PI结构作为自适应规律。本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种结构简单、物理意义明确、参数设置方便、辨识速度快、稳定性高的永磁同步电机转动惯量在线辨识方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于电机负载转矩检测的转动惯量在线辨识方法，包括如下步骤：

步骤1、通过离线负载转矩检测模块得到电机负载转矩值

步骤2、以电机机械运动方程作为模型参考自适应转动惯量参考模型，搭建可调模型并进行离散化；

步骤3、采用PI结构设计自适应规律，通过自适应规律使得可调模型逼近参考模型，进而辨识出电机转动惯量值J。

进一步的，所述电机负载转矩值的检测方法如下：

1)保持电机稳定运行，电机转速恒定为预定速度值保持不变；

2)通过编码器获得电机转子角θ，通过电流传感器得到电机三相电流i_a、i_b、i_c，经过Clark变换与Park变换得到电机q轴电流i_q；

3)根据q轴电流计算出电机负载转矩。

进一步的，所述电机负载转矩采用以下公式进行计算：

上述公式中，p为极对数；ψ_f为永磁体等效磁链。