[发明专利]一种伺服电机负载惯量的测定方法

说明书

本发明公开了一种伺服电机负载惯量的测定方法，电机出厂时，通过测量不同J_L/J_M时速度环的自然频率f_n，制作速度环的自然频率f_n与J_L/J_M值的二维表格；在电机实际运行过程中，通过对采集的速度误差进行FFT分析并找出自然频率f_n，然后在二维表格中通过线性插值的方法计算出J_L/J_M，从而推算出负载惯量J_L。本发明方法在线推算负载惯量，伺服电机不需要运行特定的曲线也不需要注入谐波；由于惯量参数不匹配引起的振动频率较低，所以不会受到机械谐振等因素的影响；通过实际系统测试绘制自然频率f_n与J_L/J_M值的二维表格，自然频率与负载惯量关系的准确度高。

技术领域

本发明涉及一种伺服电机负载惯量的测定方法。

背景技术

一直以来，伺服电机在工业自动化场合扮演者重要的角色。作为驱动执行机构，其响应速度快、控制精度高且体积较小。如今市场上通用的伺服电机为永磁同步电机，其控制方式均采用数字化的矢量控制方式。由于伺服电机可工作于转矩控制模式、速度控制模式或位置控制模式。所以，控制上一般采用位置环、速度环、转矩环嵌套的三环控制结构。其中，速度环的性能受负载惯量的影响较大。

如果伺服电机工作于位置控制模式或速度控制模式，则需要正确设置负载惯量参数。而作为通用的伺服产品，不同设备的负载惯量是不一样的，多数场合是未知的。所以，安装有伺服电机的设备在试运行前时均需要花很长的时间去计算或测量负载惯量。

在现有的伺服产品中，测量负载惯量的方法有两种：离线测量和在线测量。其中，离线测量需要让伺服电机在非工作状态下运行一个指定的路径，然后根据牛顿第二运动定律推算出负载惯量，该方法测量的负载惯量比较准确但需要离线测量。在线测量是在伺服电机工作的同时通过观测器或模型参考自适应的方式间接辨识出负载惯量，该方法测量的负载惯量精度较低且响应速度慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的缺陷，提供一种伺服电机负载惯量的测定方法。在伺服电机工作的前期在线测量出负载惯量，然后根据该负载惯量调整速度环参数，之后就不再进行负载惯量推算。该方案适用于负载惯量不变的应用场合，可使伺服电机试运行时不用设置负载惯量参数也可达到较好的控制性能。

本发明实现发明目的的基本思路：在伺服电机试运行的同时对转速误差进行FFT分析，将分析出的振动频率在预先准备好的二维表格中进行查找，可推算出此振动频率对应的负载惯量，然后再将该负载惯量设置到伺服参数中。整个过程不需要用户进行额外操作，负载惯量推算过程耗时较短。

速度环控制结构中，比例系数K_P、积分系数K_I和设定惯量J_set为可调整参数，电机惯量J_M、负载惯量J_L为被控对象参数。对转矩环进行简化：由于内环转矩环的带宽要远大于速度环带宽，所以可以忽略转矩环对速度环的影响，即将转矩环传递函数视为1。

速度环闭环传递函数为

为了使速度环性能不受负载惯量的影响，通常需要设置J_set＝J_M+J_L，即(J_M+J_L)/J_set＝1。在选定K_P、K_I的情况下，(J_M+J_L)/J_set将影响速度环性能。速度环的超调和自然频率呈一定规律变化：(J_M+J_L)/J_set增大，超调增大，自然频率降低。