[发明专利]一种基于数据驱动的伺服电机高精度模拟方法

说明书

本发明提供了一种基于数据驱动的伺服电机高精度模拟方法，包括如下步骤：预设：基于仿真设定电机特性参数；实测：对电机进行实体测试，得到测试数据；修正。本发明能够以多台产品样机的转矩‑电流测试数据为样本，采用“大数据”预测思想，基于试验数据进行实际伺服电机的机械特性性能拟合，随着样本数量的增多，产品特性数据库中的数据越充分，所拟合的转矩特性曲线越能真实反映制造过程受零组件加工、材料热处理、机电材料导磁性能偏差及装配等因素造成的转矩特性变化，能够为伺服电机控制器的设计提供更贴合实际情况的转矩特性，实现伺服电机控制策略的优化，达到伺服电机高精度控制的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于数据驱动的伺服电机高精度模拟方法，属于电气工程技术领域。

背景技术

随着现代技术发展的需要，尖端装备的研发成为新型大国在科技力量上角力的关键所在。伺服系统是精确动作、随动系统等先进科技的重要组成部分，其性能子环节决定了武器装备向高度智能化、高度自动化、高可靠性等方面发展。然而，伺服电机系统是一个强耦合、非线性、多变量的时变参数系统，面向环境与工况目前其全特性模拟技术不能实现电机及驱动一体化建模，导致调速范围、动态响应、控制精度、转矩平稳等特性指标，直接制约了我国尖端装备的研发。伺服电机全特性高精度智能模拟技术一方面可极大促进伺服电机及驱动系统最优设计技术的发展，减少研发周期与成本，另一方面更可有效提高整个装备系统地面模拟技术的模拟精度，实现伺服系统与装备的完美匹配。基于数据驱动的伺服电机模拟技术充分考虑产品制造过程的因素，获得更贴近真实产品的数据特征，有效提升伺服电机控制精度。

传统伺服电机模拟技术通常采用经验公式或有限元仿真计算方法，获得电机的电流—转矩曲线(T-I曲线)，控制策略则基于T-I曲线进行匹配设计，完成驱动电机的伺服控制。然而，采用经验公式或有限元仿真所得到的T-I曲线为最理想的电机负载特性，只有实际电机性能与理想T-I曲线匹配度较高条件下其控制策略才最为有效。受生产因素的影响，实际电机的结构尺寸、电阻参数、电感参数等特性参数与理论模型有所差异，造成电机实际机械特性曲线与理论机械特性曲线存在一定偏差，从而导致基于理论T-I曲线设计的控制策略无法实现样机的高精度控制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于数据驱动的伺服电机高精度模拟方法，该基于数据驱动的伺服电机高精度模拟方法采用数据拟合方法获取真实电机样本的工作特性，能为控制器设计提供更贴近真实的电机负载特性，实现伺服电机高精度控制。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种基于数据驱动的伺服电机高精度模拟方法，包括如下步骤：

预设：基于仿真设定电机特性参数；

实测：对电机进行实体测试，得到测试数据；

修正：根据测试数据对设定的特性参数进行修正，得到模拟结果。

所述仿真是通过构建电机有限元分析模型进行仿真。

所述电机特性参数为，以电流输入为自变量、以转矩输出为因变量的电机转矩特性曲线。

所述测试数据为，以电流输入为自变量、以转矩输出为因变量的电机转矩特性点。

所述电机转矩特性曲线通过对特征点进行二次多项式拟合得到。

所述仿真步骤中，先对测试数据进行二次多项式拟合，再进行修正。

所述仿真步骤中，对电机特性参数进行修正为，将电机转矩特性曲线扩充成为电机转矩特性曲线范围，该电机转矩特性曲线范围由上边界曲线和下边界曲线限定。

对电机进行实体测试时，对多个电机进行测试；对测试数据进行二次多项式拟合时，获取包含所有正常测试数据的由测试上边界曲线和测试下边界曲线确定的曲线范围。