[发明专利]一种机器人关节电机参数辨识与控制参数自整定方法

权利要求书

1.一种机器人关节电机参数辨识与控制参数自整定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)基于矢量控制方法，采用多环路PID伺服控制方法，控制机器人关节电机运动，采集关节电机d轴电压u_d、d轴电流i_d、q轴电压u_q、q轴电流i_q以及电机转子电角速度ω_e；

(2)建立永磁同步电机数学模型，利用基于遗忘因子的递推最小二乘算法辨识关节电机的定子电阻R_s、永磁磁链ψ_f和d-q轴电感L_s；

所述步骤(2)包括以下子步骤：

(2.1)建立永磁同步电机数学模型，公式如下：

其中，u_d是关节电机d轴电压，u_q是关节电机q轴电压，i_d是d轴电流，i_q是q轴电流，L_d是d轴电感，L_q是q轴电感，ω_e是电机转子电角速度，R_s是定子电阻，ψ_f是永磁磁链

(2.2)基于步骤(2.1)构建的永磁同步电机数学模型，提取需要辨识的定子电阻R_s,永磁磁链ψ_f，d-q轴电感L_s，公式如下：

其中，d-q轴电感L_s与d轴电感L_d、q轴电感相等：L_d＝L_q＝L_s；

(2.3)采用i_d＝0的矢量控制策略且整个参数辨识在系统稳态下进行，根据q轴电压方程构建最小二乘辨识模型：

采用基于遗忘因子的最小二乘算法进行辨识：

其中，θ(k)为待辨识参数，Y(k)为输出参数，为输入参数，K(k)、P(k)为中间迭代算子，λ为遗忘因子；

其中：

Y(k)＝ω_ei_d

(3)将步骤(2)辨识出的定子电阻R_s、永磁磁链ψ_f和d-q轴电感L_s作为模型参考自适应算法的输入初始值，进一步准确辨识，输出辨识后的定子电阻永磁磁链和d-q轴电感

(4)基于步骤(3)进一步准确辨识的定子电阻永磁磁链和d-q轴电感实时更新最优的关节电机的电流环PID控制参数，对关节电机的电流环PID控制参数实现在线自整定。

2.如权利要求1的所述的机器人关节电机参数辨识与控制参数自整定方法，其特征在于，所述步骤(3)包括以下子步骤：

(3.1)构建模型参考自适应辨识模型，公式如下：

式中L_s＝L_d＝L_q；

所以可调模型可以表示为：

(3.2)将步骤(2)基于遗忘因子的递推最小二乘算法辨识得到的定子电阻R_s,永磁磁链ψ_f，d-q轴电感L_s作为初始值输入模型参考自适应辨识模型，输出辨识后的定子电阻永磁磁链和d-q轴电感

定义并基于popov超稳定性设计自适应率：

其中，定子电阻R_s,永磁磁链ψ_f，d-q轴电感L_s为初始值，辨识后的定子电阻永磁磁链和d-q轴电感为输出的辨识值。

3.如权利要求1的所述的机器人关节电机参数辨识与控制参数自整定方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为通过步骤(3)辨识出的定子电阻永磁磁链和d-q轴电感根据电机电流环控制传递函数，设计电流环带宽及PID控制参数，确定电流环比例增益，实现电流环PID控制参数在线自整定。