[发明专利]基于参数辨识的永磁同步电机速度环PI控制器调谐方法

说明书

本发明公开了一种基于参数辨识的永磁同步电机速度环PI控制器调谐方法，属于电机控制领域。本发明将传统永磁同步电机速度环频域模型中的推力(转矩)系数和质量(惯量)合并为一个增益，并辨识该增益，然后利用辨识结果进行控制器调谐。本算法通过给定周期性速度指令，利用周期性变化的速度与速度微分之间的关系，实现增益辨识；以开环截止频率和相位裕度为指标进行控制器调谐，实现高性能的永磁同步电机速度控制。提出的算法兼顾了高性能，可靠性以及简易性。在永磁同步直线电机上对该算法进行了验证，显示出良好的效果。

技术领域

本发明涉及一种基于参数辨识的永磁同步电机速度环PI控制器调谐方法，属于电机控制技领域。

背景技术

永磁同步电机被广泛应用于物流运输，产线运输，伺服控制以及各类具有质量(惯量)负载的场景中，为保证动子(转子)的速度稳定无超调，波动小以及精准的位置定位，需要高性能的速度环控制器，而实现高性能的速度环控制器需要电机的推力(转矩)系数和质量(惯量)，通过参数辨识算法可以得到上述参数，但传统的参数辨识需要用不同的方法来辨识两个参数，使得参数辨识工作十分复杂。

针对上述问题，提出了基于参数辨识的PI控制器调谐算法，通过给定周期性速度指令实现增益辨识，利用辨识结果完成控制器调谐。提出的控制器调谐算法无需借助上位机计算，可以直接在微控制器中实现整个调谐过程，结合参数辨识技术能够在电机启动工作前和工作中进行控制器调谐。高性能的速度控制发挥了永磁电机在伺服控制中定位速度快且定位精准的优势。

发明内容

针对上述技术问题，本发明为提高参数辨识精度和效率，提高速度控制器的性能，提出一种基于参数辨识的永磁同步电机速度环PI控制器调谐方法。

本发明的具体技术方案如下：基于参数辨识的永磁同步电机速度环PI控制器调谐方法，永磁同步电机的控制系统包括电流环，速度环和位置环从内到外的三层闭环结构；

其中电流环的输入为速度环的输出，即采用给定电流指令与反馈电流做差比较，再通过PI控制器输出给定电压指令，速度环和位置环的控制过程相同；

所述速度环的输入为给定速度指令，也是位置环的输出，且速度环和位置环的反馈分别为电机的速度和位置；

将永磁同步电机速度环频域模型中的推力系数和质量合并为一个增益，通过设定周期性速度指令实现增益辨识提高辨识精度和辨识效率；以开环截止频率和相位裕度为指标实现速度环PI控制器调谐，将所述开环截止频率和相位裕度指标的约束转换为椭圆与直线相交的几何关系，从几何角度形象的描述了控制器的性能。

进一步的：所述调谐方法具体包括以下步骤：

将设定的速度、位置以及电压、电流指令发送给电机，将电机控制在速度闭环中运行，进行离线速度环增益辨识，并将辨识结果输入控制器中；

将电机控制在速度闭环或位置闭环中运行，由位置环控制器输出梯形波或三角波速度指令，并利用速度与速度微分之间的关系，在线辨识永磁同步电机的速度环增益，并将辨识结果实时输入控制器调谐公式实现在线控制器调谐。

更进一步的，所述步骤一具体为：

将电机控制在速度闭环，并给定正弦波速度指令，分别对位置信号和电流信号进行采样，利用位置信号计算得到电机速度及其微分，代入下式可得电机速度环增益：

其中b为速度环增益，λ为低通滤波器的带宽，s为拉普拉斯算子，v(t)为电机速度，i_q(t)为q轴电流；

将所述电机速度环增益代入下式即可得到控制器参数，解析计算开环截止频率所对应的椭圆是否与相位裕度所对应的直线在第一象限内存在交点，完成离线控制器调谐：