[发明专利]一种永磁同步电机转动惯量离线辨识方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机转动惯量离线辨识方法，规划速度环给定的速度指令使电机运行进行两次辨识；在电机可控的行程中运行时同一时刻从伺服系统中采样反馈电流值和转子位置；将电流反馈信号、转子位置信号输入设计好的模型中计算出转动惯量，得到相对精确的惯量辨识结果。本发明解决了传统的离线辨识方法无法忽略粘滞摩擦带来的影响，计算过程中微分运算引入的误差以及应用场合受限的问题。该方法可以有效提高辨识结果的精确度，可以在带负载的场合快速准确的辨识出系统的总惯量。

技术领域

本发明涉及同步电机惯量辨识领域，具体涉及一种永磁同步电机转动惯量离线辨识方法。

背景技术

随着永磁伺服系统的应用更加广泛，以高精度、高速度为特点的高性能伺服系统的研究受到广泛的关注，在伺服系统应用领域里，要求系统对负载变化和速度改变有很好的动态响应，而转动惯量和负载转矩的变化会严重影响系统的性能，为达到伺服系统良好的高精度控制动态与静态特性，需要精确辨识出系统的惯量，并以此为根据相应地调节控制器参数。离线辨识是通过规划的速度给定，测量采集伺服电机在一段行程内实际的速度与转矩，得到系统的转动惯量。目前常见的离线转动惯量辨识采取的方法主要有直接计算法，加减速法，人工轨迹法等。加减速法是在电机正式运转之前，通过对电机进行加速和减速来计算电机旳转动惯量，在传统的加减速离线辨识方法中，直接忽略负载转矩带来的影响，这样就无法在带负载的情况下进行惯量辨识，应用场合受到极大的限制。且认为粘滞摩擦系数很小而忽略不计。伺服系统中，转速的反馈值根据单个周期内编码器的位置脉冲增量计算得出，这一步的计算本身就是一次微分运算，电机实际运行过程中，机械的振动、伺服系统控制参数调整的不合理、外部负载的扰动等因素都会引起编码器反馈位置的抖动，位置的抖动通过微分运算得到了放大，并叠加到反馈速度信号当中，如果再用反馈速度作微分运算，得到的机械加速度信号将会有很大的误差，无法准确辨识转动惯量。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种永磁同步电机转动惯量离线辨识方法。本发明采用加减速指令规划在辨识过程中引入了力矩积分的计算方式，建立了伺服系统离线惯量辨识的计算模型设计，并且消除了负载与摩擦的影响，提高了辨识结果的精确度。本发明采用规划的加减速度指令作为速度环输入指令，将转速微分运算转换成了用规划行程首尾的转速作差的运算来解决运算中微分带来的误差。选择特定的速度给定信号，并利用数学方法消元法消除干扰项。相比传统的加减速法该辨识方法具有受干扰项影响小，辨识精确度高。

本发明采用如下技术方案：

一种永磁同步电机转动惯量离线辨识方法，包括如下步骤：

S1永磁同步电机在一段可控的行程内，规划速度环给定速度指令进行第一次辨识，辨识完成后回到该行程的起始点；

同时，采样电机在运行时的电流反馈值和转子角度；

S2规划速度环给定的速度指令在与第一次辨识相同长度的可控行程内进行第二次辨识，同时，采样电机在第二次辨识可控行程中的电流反馈值和转子角度值，采样时间与第一次辨识采样相同；

S3将两次采样的电流反馈值和转子角度输入得到转动惯量J，式中表示第一次辨识首尾的转速作差；表示第二次辨识首尾的转速作差；为第一次辨识采样计算出来的电磁转矩；为第二次辨识采样计算出来的电磁转矩；Δt为采样周期；n为辨识的周期数。

进一步，速度指令包括匀加速-匀速-匀减速。

进一步，两次辨识的匀速段的速度不同。

进一步，两次辨识过程中，匀加速、匀速及匀减速的执行时间相同。

进一步，所述行程中设置中断，用于采集电流反馈值和转子角度值。

进一步，速度环控制采用矢量控制方法。

进一步，第二次辨识给定的速度小于第一次辨识的速度给定。