[发明专利]一种永磁同步电机转动惯量的动态识别方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机负载惯量的动态识别方法。首先，搭建了永磁同步电机双闭环控制模型，并将转动惯量设置为外部输入；其次，分析永磁同步电机的运动方程以及控制模型的输出结果，找到与转动惯量辨识有关的参数；再次，将相关参数输入转动惯量辨识模块，观察其辨识效果；然后，引入误差增益因子，对转动惯量辨识算法进行优化，使其能够适应多种不同的工况；最后，搭建永磁同步电机控制实验平台并将优化后的算法加入永磁同步电机控制系统，在不同工况下对辨识效果进行验证。该方法改进后比现有辨识算法具有更强的稳定性和速度性；在变化的工况下具有更强的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机参数辨识的技术领域，具体涉及一种永磁同步电机负载惯量的动态识别方法。

背景技术

随着自动化水平的提高、现代控制理论的深入研究和实践，永磁同步电机的控制性能取得了突破性的进展。永磁同步电机也因为其结构简单、功率密度高、动态性能好、控制精度高等优点被广泛应用于数控机床、机器人关节驱动等伺服系统。由于伺服系统对于其驱动电机的动态性能要求较高，因此作为常被用于伺服系统驱动电机的永磁同步电机需要高精度、高响应速度的控制系统，如果控制系统无法准确快速的得到电机的运行参数，会使该系统的动态性能受到一定程度的影响。因此实现对永磁同步电机快速准确的参数辨识也受到了较多的关注。

现有的转动惯量辨识方法很多，主要分为离线辨识和在线辨识两大类。离线辨识通常基于稳态模型，辨识精度比较高，但其难以满足伺服系统的高动态性能要求，无法适应变化的工况。因此针对永磁同步电机高动态转动惯量辨识的问题，本发明研究的辨识方法主要是在线辨识。常见的在线辨识方法主要有最小二乘法、模型参考自适应法、状态观测器法等。本发明提出的辨识算法是基于传统模型参考自适应算法的。该算法的主要思想是将含有待辨识参数的表达式作为可调模型，与参考模型进行对比，根据Landau离散时间递推参数辨识机制，将两模型输出量的差值通过一定的自适应律对可调模型进行调节，使得系统输出逐渐收敛于参考模型的输出。该系统需要电机的转速和转矩作为输入，输出折算到电机侧的系统转动惯量。

与本发明相关的现有技术：1.基于负载转矩观测器的转动惯量辨识算法。2.基于模糊自适应律的内模控制方案。3.基于降阶扩展龙伯格观测器的转动惯量辨识方法。4.基于扩展滑模机械参数观测器。现有技术的缺点在于：1.辨识系统复杂，算法计算量较大，在满足稳定性的条件下无法达到较高的快速性。2.辨识算法易受系统扰动的影响而产生较大的波动，且系统的自动回复速度往往较慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为：本发明主要是设计了一种基于误差增益因子模型的永磁同步电机负载惯量的动态识别方法，以实现在多种工况下对永磁同步电机进行准确快速的转动惯量辨识。该辨识算法可以利用采集到的电机转速和电磁转矩，计算中间变量，对系统的运行状态进行分析，然后根据运行状态调整控制算法内的计算参数，调节辨识算法的速度型和稳定性，并增强其抗干扰能力，以满足伺服系统的高动态性能要求。

本发明采用的技术方案为：一种永磁同步电机负载惯量的动态识别方法，所述的方法包括以下步骤：

步骤一：为了探寻与转动惯量有关的参数，构建永磁同步电机双闭环控制系统，并将转动惯量设置为外部输入，使转动惯量在电机运行时发生改变，从而确定与转动惯量辨识相关的参数为电机转速和电磁转矩；

步骤二：在控制系统模型中引入模型参考自适应算法对转动惯量进行辨识，将电机转速和电磁转矩作为输入参数建立参考模型与可调模型，分析模型参考自适应算法的辨识结果，由于该算法需要根据已知的工况预设控制参数，因此该算法对变化的工况辨识效果较差，可以通过对该算法的控制参数进行修正优化其辨识效果；

步骤三：通过对转动惯量的在线辨识过程进行分析，模型参考自适应算法中的控制参数β对其辨识速度以及辨识准确度起着决定性的作用，设计并引入一个增益因子对该参数进行自适应控制，可以优化该算法的动态性能；