一種永磁同步電機轉動慣量辨識方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及永磁同步電機技術領域，特別是設及一種永磁同步電機轉動慣量辨識 方法。
【背景技術】
[0002] 隨著永磁同步電機材料性能的不斷提高和完善，永磁同步電機朝著結構簡單、高 效率、高功率密度和微型化發(fā)展，且具有體積小、無碳刷、快速響應等優(yōu)點，在伺服場合獲得 了廣泛應用。由于在工業(yè)自動化領域，特別是在機器人、航空航天、數(shù)控機床、特種設備加工 等控制精度高的領域，對其提出的性能要求也越來越高。而且在工業(yè)用縫幼機行業(yè)，對其提 出了更為嚴苛的要求。
[0003] 目前永磁同步電機基本都是采用=環(huán)控制結構，內環(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 流內部的干擾；速度環(huán)的作用則是提高系統(tǒng)抗負載擾動的能力，抑制速度的波動，位置環(huán)的 作用則是使電機運動到給定的位置。
[0004] 永磁同步電機本質上是一個非線性、多時變、強禪合的系統(tǒng)。在實際運行中，負載 大小的改變、運行環(huán)境的變化都會導致轉動慣量、摩擦因素等參數(shù)發(fā)生變化。而轉動慣量的 變化，則會降低整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。運不僅會導致系統(tǒng)動態(tài)響應減慢，更有可能造成整 個控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此辨識永磁同步電機的轉動慣量很有必要。
[0005] 轉動慣量的辨識是電機伺服控制領域的一個熱口課題，而現(xiàn)有的轉動慣量辨識方 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，但是運些算法都 存在不同的缺點。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種永磁同步電機轉動慣量辨識方法，能夠進 行實時檢測，為后續(xù)的PI控制器參數(shù)自整定奠定基礎。
[0007] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種永磁同步電機轉動慣量辨 識方法，建立未知參數(shù)的參考模型，與實際模型進行對比，然后根據(jù)算法調節(jié)參考模型的參 數(shù)，當兩個模型的輸出偏差基本不變時，近似用參考模型代替實際模型，且在整個辨識過程 中，將辨識出來的結果反饋到帶未知參數(shù)的參考模型中，通過改善相應的可變因子，提高整 個辨識的準確性和快速性。
[0008] 所述參考模型為
Ts為采樣周 期，J為電機轉子及負載的轉動慣量總和，
其中，iq為定子q軸電流，Wf為永磁體磁鏈，P為極對數(shù)；實際模型為 在(足-)=-1) - 2) + 2腳X卻A：);兩個模型的輸出偏差為￡?W= ，辨識算法 的迭代公式為
，其中0為大于O的自適應增益，為了給0的 取值做一個折衷的選擇，因此設置一個誤差E值，令￡? =X;'|J(H)-./(。-i)[，運用S函數(shù)編寫 子程序，當E值在不同范圍內變化時，選擇不同的0值反饋到辨識模塊中改變增益因子，最 后當b化）值基本不變時，就辨識出了電機轉子及負載的轉動慣量總和J。
[0009] 所述的永磁同步電機采用i/= 0的控制策略，永磁同步電機的運動方程為：
-巧，電磁轉矩方程為：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為電機產(chǎn)生的電 磁轉矩；1\為電機轉子承受的總的負載轉矩J為電機轉子及負載的轉動慣量總和；Wm為 轉子的輸出機械角速度，t為時間。
[0010] 所述永磁同步電機具體控制方法包括W下步驟：
[0011] (1)檢測永磁同步電機=相定子電流，并對=相定子電流進行坐標變換得到兩相 靜止坐標系下的電流分量；
[0012] 似根據(jù)電機電角度和兩相靜止坐標系下的電流分量再進行靜止-旋轉變換，得 到兩相同步旋轉坐標系下的電流值id和iq;
[0013] (3)將電機轉速反饋值與給定的轉速指令進行比較，其差值作為速度PI調節(jié)器的 輸入，速度PI調節(jié)器的輸出則作為q軸電流PI調節(jié)器的輸入；
[0014] (4)將電流值id與給定的d軸電流值進行比較，其差值作為d軸電流環(huán)PI調節(jié)器 的輸入，將電流值iq與q軸電流PI調節(jié)器的輸入值進行比較，其差值作為q軸電流環(huán)PI調 節(jié)器的輸入，經(jīng)過tq軸電流PI調節(jié)器的計算，分別得到tq軸電流環(huán)PI調節(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制模塊，空間矢量脈寬調制模塊計算出=相的占空比，并輸出響應的S相PWM波形到逆變器，由逆變器輸出S相電壓驅動永磁同步電機運行。
[0016] 有益效果
[0017] 由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有W下的優(yōu)點和積極效 果：本發(fā)明采用基于MRAS和反饋原理的算法，具有計算簡便，收斂誤差小，收斂速度快等優(yōu) 點，并且可W根據(jù)辨識出來的轉動慣量為W后的PI控制器參數(shù)自整定做準備。在工業(yè)實際 應用中可W把該算法移植到控制軟件中并實時監(jiān)控電機的轉動慣量的變化，從而根據(jù)實際 工況采取應對措施，使得整個控制系統(tǒng)抗干擾能力更強。
【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為反饋轉速波形圖；
[0022] 圖5為轉動慣量辨識值波形圖；
[0023] 圖6為將轉動慣量增大5倍時的辨識值波形圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，運些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人 員可W對本發(fā)明作各種改動或修改，運些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 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轉動慣量辨識方法基本 原理圖如圖1所示，建立未知參數(shù)的參考模型，與實際模型進行對比，然后根據(jù)算法調節(jié)可 調模型的參數(shù)，當兩個模型的輸出偏差基本不變時，可W近似用參考模型代替實際模型，即 辨識出了未知參數(shù)，且在整個辨識過程中，將辨識出來的結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的可變因子，提高整個辨識的準確性和快速性。
[0026] 本發(fā)明W永磁同步電機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、d和q軸電流環(huán)PI調節(jié)器、速度環(huán)PI調節(jié)器、坐標變換模塊、SVPWM 模塊、IGBT模塊和轉動慣量辨識模塊等。
[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速n，并與給定的轉速指令11>^進行比較，其差值作為速度PI調節(jié) 器的輸入，速度PI調節(jié)器的輸出則作為q軸電流PI調節(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S相定子電流i。，ib，i。輸入至坐標變換CLA服模塊內進行3/2變 換，得到靜止坐標系下的電流分量i。，iP;在PARK變換模塊內，根據(jù)計算得到的電機電角度 9 6=PX0m，（其中P是電機的極對數(shù)，0m是電機輸出機械角度）和CLARK變換得到的兩 相靜止坐標系下的電流分量ia，ie，進行靜止-旋轉（2s/2;t)變換，得到兩相同步旋轉坐標 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/進行比較，其差值 作為d軸電流環(huán)PI調節(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調節(jié)器的輸入，經(jīng)過d、q軸電流PI調節(jié)器的計算，可W分 別得到tq軸電流環(huán)PI調節(jié)器的輸