一種永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及永磁同步電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著永磁同步電機(jī)材料性能的不斷提高和完善，永磁同步電機(jī)朝著結(jié)構(gòu)簡單、高 效率、高功率密度和微型化發(fā)展，且具有體積小、無碳刷、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在伺服場合獲得 了廣泛應(yīng)用。由于在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，特別是在機(jī)器人、航空航天、數(shù)控機(jī)床、特種設(shè)備加工 等控制精度高的領(lǐng)域，對其提出的性能要求也越來越高。而且在工業(yè)用縫幼機(jī)行業(yè)，對其提 出了更為嚴(yán)苛的要求。
[0003] 目前永磁同步電機(jī)基本都是采用=環(huán)控制結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán)，中環(huán)為速度 控制環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)?？刂破鞑捎肞I調(diào)節(jié)器，電流環(huán)的作用是提高系統(tǒng)的快速性，抑制電 流內(nèi)部的干擾；速度環(huán)的作用則是提高系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)的能力，抑制速度的波動(dòng)，位置環(huán)的 作用則是使電機(jī)運(yùn)動(dòng)到給定的位置。
[0004] 永磁同步電機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)非線性、多時(shí)變、強(qiáng)禪合的系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行中，負(fù)載 大小的改變、運(yùn)行環(huán)境的變化都會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、摩擦因素等參數(shù)發(fā)生變化。而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的 變化，則會降低整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。運(yùn)不僅會導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)減慢，更有可能造成整 個(gè)控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此辨識永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很有必要。
[0005] 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的辨識是電機(jī)伺服控制領(lǐng)域的一個(gè)熱口課題，而現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識方 法主要有加減速法、最小二乘法、狀態(tài)觀測器法、卡爾曼濾波辨識方法等，但是運(yùn)些算法都 存在不同的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識方法，能夠進(jìn) 行實(shí)時(shí)檢測，為后續(xù)的PI控制器參數(shù)自整定奠定基礎(chǔ)。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨 識方法，建立未知參數(shù)的參考模型，與實(shí)際模型進(jìn)行對比，然后根據(jù)算法調(diào)節(jié)參考模型的參 數(shù)，當(dāng)兩個(gè)模型的輸出偏差基本不變時(shí)，近似用參考模型代替實(shí)際模型，且在整個(gè)辨識過程 中，將辨識出來的結(jié)果反饋到帶未知參數(shù)的參考模型中，通過改善相應(yīng)的可變因子，提高整 個(gè)辨識的準(zhǔn)確性和快速性。
[0008] 所述參考模型為
Ts為采樣周 期，J為電機(jī)轉(zhuǎn)子及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量總和，
其中，iq為定子q軸電流，Wf為永磁體磁鏈，P為極對數(shù)；實(shí)際模型為 在(足-)=-1) - 2) + 2腳X卻A：);兩個(gè)模型的輸出偏差為￡?W= ，辨識算法 的迭代公式為
，其中0為大于O的自適應(yīng)增益，為了給0的 取值做一個(gè)折衷的選擇，因此設(shè)置一個(gè)誤差E值，令￡? =X;'|J(H)-./(。-i)[，運(yùn)用S函數(shù)編寫 子程序，當(dāng)E值在不同范圍內(nèi)變化時(shí)，選擇不同的0值反饋到辨識模塊中改變增益因子，最 后當(dāng)b化）值基本不變時(shí)，就辨識出了電機(jī)轉(zhuǎn)子及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量總和J。
[0009] 所述的永磁同步電機(jī)采用i/= 0的控制策略，永磁同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為：
-巧，電磁轉(zhuǎn)矩方程為：T。= 1.5P[4fiq+化d-Lq)idiq]，其中：id、iq分別為定子d、 q軸電流；Ld、Lq分別為定子d、q軸電感，4巧永磁體磁鏈；P為極對數(shù)；Te為電機(jī)產(chǎn)生的電 磁轉(zhuǎn)矩；1\為電機(jī)轉(zhuǎn)子承受的總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩J為電機(jī)轉(zhuǎn)子及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量總和；Wm為 轉(zhuǎn)子的輸出機(jī)械角速度，t為時(shí)間。
[0010] 所述永磁同步電機(jī)具體控制方法包括W下步驟：
[0011] (1)檢測永磁同步電機(jī)=相定子電流，并對=相定子電流進(jìn)行坐標(biāo)變換得到兩相 靜止坐標(biāo)系下的電流分量；
[0012] 似根據(jù)電機(jī)電角度和兩相靜止坐標(biāo)系下的電流分量再進(jìn)行靜止-旋轉(zhuǎn)變換，得 到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流值id和iq;
[0013] (3)將電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋值與給定的轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行比較，其差值作為速度PI調(diào)節(jié)器的 輸入，速度PI調(diào)節(jié)器的輸出則作為q軸電流PI調(diào)節(jié)器的輸入；
[0014] (4)將電流值id與給定的d軸電流值進(jìn)行比較，其差值作為d軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器 的輸入，將電流值iq與q軸電流PI調(diào)節(jié)器的輸入值進(jìn)行比較，其差值作為q軸電流環(huán)PI調(diào) 節(jié)器的輸入，經(jīng)過tq軸電流PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算，分別得到tq軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出電 壓Ud,Uq;
[001引 妨得到的輸出電壓Ud,Uq和電機(jī)電角度經(jīng)過IPA服變換得到U"，Up，將U"，Up輸 入到空間矢量脈寬調(diào)制模塊，空間矢量脈寬調(diào)制模塊計(jì)算出=相的占空比，并輸出響應(yīng)的S相PWM波形到逆變器，由逆變器輸出S相電壓驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)運(yùn)行。
[0016] 有益效果
[0017] 由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下的優(yōu)點(diǎn)和積極效 果：本發(fā)明采用基于MRAS和反饋原理的算法，具有計(jì)算簡便，收斂誤差小，收斂速度快等優(yōu) 點(diǎn)，并且可W根據(jù)辨識出來的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為W后的PI控制器參數(shù)自整定做準(zhǔn)備。在工業(yè)實(shí)際 應(yīng)用中可W把該算法移植到控制軟件中并實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化，從而根據(jù)實(shí)際 工況采取應(yīng)對措施，使得整個(gè)控制系統(tǒng)抗干擾能力更強(qiáng)。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明搭建的仿真原理圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明辨識模塊仿真圖；
[0021] 圖4為反饋轉(zhuǎn)速波形圖；
[0022] 圖5為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識值波形圖；
[0023] 圖6為將轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大5倍時(shí)的辨識值波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，運(yùn)些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可W對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，運(yùn)些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。
[00巧]本發(fā)明所述的基于MRAS和反饋原理算法的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識方法基本 原理圖如圖1所示，建立未知參數(shù)的參考模型，與實(shí)際模型進(jìn)行對比，然后根據(jù)算法調(diào)節(jié)可 調(diào)模型的參數(shù)，當(dāng)兩個(gè)模型的輸出偏差基本不變時(shí)，可W近似用參考模型代替實(shí)際模型，即 辨識出了未知參數(shù)，且在整個(gè)辨識過程中，將辨識出來的結(jié)果反饋到帶未知參數(shù)的參考模 型中，并通過程序改善相應(yīng)的可變因子，提高整個(gè)辨識的準(zhǔn)確性和快速性。
[0026] 本發(fā)明W永磁同步電機(jī)為研究對象建立其矢量控制系統(tǒng)，如圖2所示，包括編碼 器模塊、永磁同步電機(jī)、d和q軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器、速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器、坐標(biāo)變換模塊、SVPWM 模塊、IGBT模塊和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識模塊等。
[0027] 本發(fā)明采用的矢量控制過程原理如下所述：編碼器將采集到的信號，經(jīng)過速度和 位置換算模塊得到反饋轉(zhuǎn)速n，并與給定的轉(zhuǎn)速指令11>^進(jìn)行比較，其差值作為速度PI調(diào)節(jié) 器的輸入，速度PI調(diào)節(jié)器的輸出則作為q軸電流PI調(diào)節(jié)器的輸入給定值r；;電流傳感器 將檢測到的永磁同步電機(jī)S相定子電流i。，ib，i。輸入至坐標(biāo)變換CLA服模塊內(nèi)進(jìn)行3/2變 換，得到靜止坐標(biāo)系下的電流分量i。，iP;在PARK變換模塊內(nèi)，根據(jù)計(jì)算得到的電機(jī)電角度 9 6=PX0m，（其中P是電機(jī)的極對數(shù)，0m是電機(jī)輸出機(jī)械角度）和CLARK變換得到的兩 相靜止坐標(biāo)系下的電流分量ia，ie，進(jìn)行靜止-旋轉(zhuǎn)（2s/2;t)變換，得到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系下的電流值id,iq;再將得到的電流值id與給定的d軸電流給定值i/進(jìn)行比較，其差值 作為d軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入，電流值1。與速度環(huán)輸出得到的q軸電流給定值i"^4行 比較，其差值作為q軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入，經(jīng)過d、q軸電流PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算，可W分 別得到tq軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸