[发明专利]一种考虑系统噪声的朗道自适应转动惯量辨识方法

说明书

本发明提出了一种考虑系统噪声的朗道自适应转动惯量辨识方法，首先搭建永磁电机转速、电流双闭环调速系统，以此获得惯量辨识所需的角速度、转矩电流；然后构建永磁同步电机转动惯量辨识算法，将实际永磁电机作为参考模型，含有待估计参数的方程作为可调模型，利用两模型状态量的误差输入自适应机构实时调节可调模型中的待估计参数；在构建可调模型时对电机机械运动方程进行了微分，微分环节放大了测量噪声，通过使用一阶低通滤波器对转速和转矩同时滤波，并设置相应的自适应系数k_i和滤波器截止频率f。为了消除负载转矩对惯量辨识的影响，在构建参考模型时对机械运动方程进行了微分处理，微分环节放大了测量噪声，降低了惯量辨识精度。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种考虑系统噪声的永磁同步电机在线转动惯量辨识方法。

背景技术

永磁同步电机因其体积小、动态性能好和效率高等优点被广泛用作伺服电机。而转动惯量是影响电机机械响应的关键参数，并且转动惯量对于速度环控制器的设计至关重要。因此，在设计运动控制系统时提前获取转动惯量值是很有必要的。

目前，现有的转动惯量在线辨识方法主要有最小二乘法、模型参考自适应法、积分法、卡尔曼滤波法。而在这些方法中，模型参考自适应法由于其算法相对更简单，获得了广泛应用。设计模型参考自适应系统的三种方法所使用的基础理论分别是局部参数最优化理论、李雅普诺夫函数、超稳定性与正性概念。传统离散模型朗道惯量辨识算法属于模型参考自适应法，该算法以超稳定性和正性概念为理论基础。

中国专利《一种采用可变增益的模型参考自适应惯量辨识方法》，公开号为CN106899253A，同样采用传统离散模型朗道惯量辨识算法，并根据实际角速度和估计角速度之差，动态调整辨识算法中的自适应系数，以同时兼顾辨识速度和精度。然而，动态调整自适应系数仅仅能减轻噪声对辨识精度的影响，并不能消除噪声的影响，因而该专利辨识惯量时依然受噪声的影响。传统离散模型朗道惯量辨识算法易受噪声影响的问题亟待解决。

发明内容

发明目的：为解决传统离散模型朗道惯量辨识算法易受噪声影响的问题，本发明提供了一种考虑系统噪声的朗道自适应惯量辨识方法。利用该方法辨识惯量可以在保证辨识速度的前提下大大提高辨识精度。

本发明的技术方案为：

一种考虑系统噪声的朗道自适应转动惯量辨识方法，包括以下步骤：

首先搭建永磁电机转速、电流双闭环调速系统，以此获得惯量辨识所需的角速度、转矩电流；然后构建永磁同步电机转动惯量辨识算法，将实际永磁电机作为参考模型，含有待估计参数的方程作为可调模型，利用两模型状态量的误差输入自适应机构实时调节可调模型中的待估计参数；在构建可调模型时对电机机械运动方程进行了微分，微分环节放大了测量噪声，通过使用一阶低通滤波器对转速和转矩同时滤波，并设置相应的自适应系数k_i和滤波器截止频率f。

进一步，所述搭建永磁电机转速、电流双闭环调速系统，以此获得惯量辨识所需的角速度、转矩电流的具体过程为：

转速给定与转速反馈之差送入转速调节器，计算得到交轴电流的给定值i_q^*；直轴电流给定值i_d^*＝0；电流给定与电流反馈之差送入两个电流调节器，计算得到电压给定值u_d^*、u_q^*；电压给定值u_d^*、u_q^*经坐标变换后送入空间矢量脉宽调制技术模块得到占空比，用于控制逆变器输出电压，进而驱动电机；系统中给定转速Ω^*设为正弦转速，经过转速计算模块获得电机实际角速度Ω，经过坐标变换模块获得电机转矩电流i_q，角速度Ω和转矩电流i_q是惯量辨识所需要的两个量。