[发明专利]一种永磁同步电机驱动系统的惯量辨识方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机驱动系统的惯量辨识方法，其特征在于，包括：

步骤1，将惯量扩展为新的系统状态，构建永磁同步电机驱动系统的扩展机械运动方程；

步骤2，基于所述扩展机械运动方程，构建具有时变反馈增益的新型扩展滑模观测器；

步骤3，构建扩张状态观测器，对永磁同步电机驱动系统的集总扰动信息进行估计，并将所述集总扰动信息提供给所开发的新型扩展滑模观测器，以使得该新型扩展滑模观测器成功辨识永磁同步电机驱动系统的惯量。

2.根据权利要求1所述的惯量辨识方法，其特征在于，所述步骤1包括：

永磁同步电机驱动系统的机械运动方程描述如下：

其中，ω_m为转速，B为粘性摩擦系数，J为惯量，T_l为负载转矩，C为库伦摩擦系数，T_e为电磁转矩，T_e和ω_m由永磁同步电机驱动系统提供；

定义惯量的倒数为j＝1/J，并将惯量扩展为新的系统状态，构建永磁同步电机驱动系统的扩展机械运动方程如下：

其中，D_L为永磁同步电机驱动系统的集总扰动信息，其被定义为d_j表示j的导数。

3.根据权利要求2所述的惯量辨识方法，其特征在于，所述步骤2包括：

构建用于估计永磁同步电机驱动系统惯量的扩展滑模观测器：

其中，分别表示ω_m，j，D_L的估计值，f为反馈增益；U_ESMO表示滑模观测器信号，其被设计为：

U_ESMO＝g·sign(S)； (4)

其中，g为滑模切换增益，S为滑模面，其被设计为

4.根据权利要求3所述的惯量辨识方法，其特征在于，所述步骤1还包括确定滑模切换增益g和反馈增益f，包括：

计算扩展滑模观测器的误差方程：

其中，

假设e_D、e_j和T_e都是有界的，并且定义选取一个Lyapunov函数为V＝0.5S²，可得到：

根据等式(6)，当滑模切换增益g被设计为时，能够导出是满足的，这意味着滑模可达条件是满足的；

当滑模发生后，e_ω及其导数将会在有限时间内收敛至0，即等式(5)被重写为：

根据等式(7)，能够得到：

其中，惯量的变化频率远低于驱动系统的采样频率，在短时间内满足d_j＝0，于是等式(8)可以改写为：

当fe_D被控制为fe_D≈0时，可以得到：

等式(10)的解析解可以被导出为：

其中C是常数，当满足fT_e＞0时，惯量估计误差e_j将会渐进趋于0，因而设计反馈增益为f＝mT_e(m＞0)以满足fT_e＞0，值得注意的是，fe_D≈0是该结论成立的关键，通过选取合适的m值能够保证fe_D足够小，即能够确保fe_D≈0；

因此所设计的具有时变反馈增益的扩展滑模观测器的最终表达式为：

5.根据权利要求2所述的惯量辨识方法，其特征在于，所述步骤3包括：

将集总扰动视为新的系统状态，基于等式(1)得到如下扩展机械运动方程：

基于上式(13)，所设计的线性扩张状态观测器能够表示如下：

其中，p为扩张状态观测器的期望极点，满足p＞0，考虑到j是未知的，因而其被扩展滑模观测器的输出代替，即所设计的线性扩张状态观测器的最终表达式如下：