[发明专利]一种永磁同步电机驱动系统的惯量辨识方法

说明书

本发明提供一种永磁同步电机驱动系统的惯量辨识方法，方法包括：将惯量扩展为新的系统状态，构建扩展的机械运动方程；将扩展滑模观测器技术引入惯量辨识领域，基于构建的机械运动方程开发一种具有时变反馈增益的新型扩展滑模观测器以辨识惯量；设计一个扩张状态观测器，进而为新型扩展滑模观测器提供所需的集总扰动信息以确保其成功估计惯量。本发明将扩展滑模观测器技术成功应用于惯量辨识领域，确保了惯量辨识过程对噪声干扰的强大鲁棒能力；另外，该方法不涉及任何矩阵运算，因而计算负担小。总的来讲，本发明所提供的方法在具有优越的抗噪声干扰性能的同时拥有低计算负担的特性。

技术领域

本发明涉及电机驱动领域，更具体地，涉及一种永磁同步电机驱动系统的惯量辨识方法。

背景技术

由于具有可靠性好、转矩惯量比大、功率密度高、效率高等优良特性，永磁同步电机在工业领域中获得广泛的应用。满足高性能控制的需求是现代永磁同步电机驱动系统的关键标志，而速度环是确定驱动系统的性能重要因素。当前，一些提高速度环控制性能的算法离不开精确的惯量辨识结果，比如速度环自整定和负载转矩观测。高精度的惯量数据是保证这些方法优越性能的关键。因此，准确估计驱动系统的惯量是非常重要且十分必要的。

惯量辨识技术主要可以分为两大类：离线辨识和在线辨识。离线辨识技术只能在驱动系统调试期间使用，并且这类方法仅适用于定惯量系统。相对于离线辨识，在线辨识技术由于适用于更多复杂的情况而被广泛关注。模型参考自适应法、递归最小二乘法、梯度算法是常用的惯量在线辨识算法，它们因计算负担低而受到欢迎。然而，这些提及的惯量在线辨识技术没有考虑摩擦转矩，这使得它们的估计精度不高。幸运的是，基于正交原理的方法(I.Awaya,Y.Kato,I.Miyake,and M.Ito,“New motion control with inertiaidentification function using disturbance observer,”in Proc.IECON,San Diego,CA,USA,1992,pp.77-81.)和基于最优参数估计的方法(L.Niu,D.Xu,M.Yang,X.Gui,andZ.Liu,“On-line inertia identification algorithm for PI parametersoptimization in speed loop,”IEEE Trans.Power Electron.,vol.30,no.2,pp.849-859,Feb.2015.)克服了上述不足。应当指出的是传统的基于正交原理的方法受限于周期性速度的限制。虽然最新改进型的基于正交原理的方法(Y.Chen,M.Yang,J.Long,W.Qu,D.Xu,and F.Blaabjerg,“A moderate online servo controller parameter self-tuningmethod via variable-period inertia identification,”IEEE Trans.PowerElectron.,vol.34,no.12,pp.12165-12180,Dec.2019.)克服了这一限制，但其不能被用于需要或仅允许单向旋转的驱动系统。相反，基于最优参数估计的方法没有这些限制。同时，这种方法对噪声干扰还具有优越的鲁棒性。尽管基于最优参数估计的方法具有上述吸引人的优势，但是这种方法在实际应用中仍然面临挑战：该方法涉及大量的矩阵运算，以至于其工业实现相当耗时。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种永磁同步电机驱动系统的惯量辨识方法，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。