[发明专利]一种面向控制的永磁同步直线电机系统辨识方法

说明书

本发明属于伺服系统模型辨识与运动控制技术领域，公开了一种面向控制的永磁同步直线电机系统辨识方法，包括：S1、建立电机动态模型；S2、考虑干扰环境，得到模型综合描述；S3、定位力辨识；S4、摩擦力辨识；S5、以混沌信号作为驱动器输入信号，采集电机速度和位置信号；S6、将输入信号抵消非线性因素影响后，得到有效激励，辨识线性环节传递函数；S7、结合辨识结果，完成伺服控制参数整定。本发明通过对系统工作原理及环境影响进行分析，在伺服全闭环条件下完成对典型非线性因素的辨识，在分离典型非线性因素基础上，实现剩余模块的线性化辨识，解决了传统线性辨识方法辨识精度低、非线性辨识方法对控制策略和参数设计不明确的问题。

技术领域

本发明属于伺服系统模型辨识与运动控制技术领域，更具体地，涉及一种面向控制的永磁同步直线电机系统辨识方法。

背景技术

永磁同步直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置，具有结构简单、定位精度高、反应速度快、随动性好的优点。面向控制的系统辨识，是以控制器设计为目的而建立系统数学模型的过程，建立合适的被控系统模型对认识系统运行机理和研究有效控制策略具有极强的现实意义。

永磁同步直线电机系统有着复杂电磁状态和众多非线性环节，围绕系统辨识的研究方法，大致可以分为两类：

(1)线性辨识方法。以最小二乘法为基础，提出了一系列适应性更强的辨识方法，在中国发明专利说明书CN201910408024.3中公开了一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，通过测量永磁同步电机两种带载工况下的三相相电流、三相线电压和转速信号，进而得到旋转坐标系下的电压方程组，利用最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵、第一中间矩阵和第二中间矩阵得到求解矩阵，递推出永磁同步电机的弱磁控制参数值。

(2)非线性辨识方法。此类研究以神经网络辨识方法为代表，在中国发明专利说明书CN201510843301.5中公开了一种永磁同步电机自适应辨识控制方法及其控制系统，通过在dq坐标系下建立永磁同步电机的矢量控制系统动态模型，并对定子电压分量进行解耦，得到永磁同步电机的简化状态空间模型，再通过Hopfield神经网络辨识算法对简化状态空间模型待定参数进行参数辨识，然后根据得到的稳定辨识参数推导出永磁同步电机的自适应控制率。

针对永磁同步直线电机系统，现有的线性辨识方法和非线性辨识方法都存在一定弊端。线性化辨识实际上是将某些非线性因素忽略或用线性关系代替而得到的近似描述，实际应用中往往会因为不恰当的线性化，使得基于模型设计的伺服控制策略在应用中性能大大减低；非线性辨识方法相较于线性辨识方法能更加精确的用于系统仿真预测，但训练过程对数据依赖性强，且针对被控对象辨识结果很难直观的进行控制策略设计。

因此，有必要设计一种面向控制的永磁同步直线电机系统辨识方法，在保证系统辨识精度的前提下，针对被控系统辨识结果，易于进行控制策略与参数的设计。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种面向控制的永磁同步直线电机系统辨识方法，其中通过对方法整体流程进行改进，通过对永磁同步直线电机工作原理及环境影响进行分析，提出分离典型非线性因素后的模型线性化假设；基于实验数据，尤其可采用最小二乘法完成对典型非线性因素的辨识；通过设计合理辨识输入信号，尤其可采用递推增广最小二乘法完成系统传递函数辨识。本发明通过对系统工作原理及环境影响进行分析，在伺服全闭环条件下完成对典型非线性因素的辨识，在仅电流环闭环和典型非线性因素分离条件下，实现剩余模块的线性化辨识，解决了传统线性辨识方法辨识精度低、非线性辨识方法对控制策略和参数设计不明确的问题。本发明在保证辨识精度的条件下，可大大提高控制策略和参数设计效率，对永磁同步直线电机的高精度控制策略设计有指导意义。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种面向控制的永磁同步直线电机系统辨识方法，其特征在于，包含以下步骤：