[发明专利]一种永磁同步电机转动惯量的辨识方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及系统辨识领域，特别涉及一种永磁同步电机转动惯量的辨识方法及系统。

背景技术

伺服意味着“伺候”和“服从”，伺服系统是精确地跟踪或复现某个给定过程的自动控制系统，它能够使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随给定量随意变化。直流伺服系统曾因易于控制和调速性好的优点风行一时，然而直流伺服电机的电刷和换向器结构复杂，换向火化使其极易磨损，需对电机经常进行维护，所以使用的场合受到限制，无法应用于易燃易爆的场合，同时，也存在转动惯量大，响应速度慢，系统机械传动比大，热容量小，不合适高速及大容量的场合等缺点。而交流电动机没有电刷和换向器，结构简单，可靠性高，动态响应性能好，因此交流电机伺服系统得到广泛应用。永磁同步电机因其具有结构简单，体积小，效率高，转矩电流比高，转动惯量小的优点，被广泛应用于伺服系统中。

随着电力电子技术，电机控制技术以及稀土永磁材料的发展，使得永磁同步电机伺服系统不断地和更多的领域和行业渗透。与此同时，人们对于永磁同步电机伺服系统性能的要求也不断提高。而转动惯量对电机控制的准确性有着非常重要的影响，由电机的转矩平衡方程可以知道，转动惯量会随着负载变化，可能导致速度出现不稳定的情况，影响伺服系统的动态特性，为了保证伺服系统的控制精度，保证算法的可靠程度，我们需要对转动惯量进行辨识，获得转动惯量的准确数值，以提高伺服系统的控制精度。

现有技术中，对转动惯量进行辨识方法有加减速法、直接计算法和最小二乘法等，加减速法由于需要用速度大范围变化，在一些场合的应用受到制约，与此同时，加减速法对系统速度环性能要求苛刻，而且由于系统非线性因素的存在，使得通过加减速法计算转动惯量中所需参数的获取存在误差。直接计算法直观实用，适用于转子结构已知的系统，它通过转子的半径和质量得到转动惯量，但实际操作不方便。最小二乘法又极易受到噪声干扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机转动惯量的辨识方法及系统，以提高辨识的精确度和辨识系统的稳定性，提升用户体验。

为解决上述技术问题，本发明提供一种永磁同步电机转动惯量的辨识方法，包括：

获取永磁同步电机伺服控制系统的α轴电流、β轴电流、α轴电动势、β轴电动势和电磁转矩；

将所述α轴电流、β轴电流、α轴电动势和β轴电动势输入速度观测器，获取所述速度观测器的输出转子观测转速；

将所述转子观测转速和所述电磁转矩输入模型参考自适应辨识算法，输出转动惯量。

可选的，所述速度观测器为Luenberger观测器。

可选的，所述Luenberger观测器，具体为：

其中，为转子观测转速，所述为所述永磁同步电机伺服控制系统的α和β轴定子反电动势观测值。

可选的，所述模型参考自适应辨识算法，具体为：

其中，ω_m(k)为实际转速，ω_g(k)为辨识估计转速，为辨识目标，T为采样周期，β为自适应增益。

此外，本发明还提供了一种永磁同步电机转动惯量的辨识系统，包括：

系统采集模块，用于获取永磁同步电机伺服控制系统的α轴电流、β轴电流、α轴电动势、β轴电动势和电磁转矩；

速度观测器模块，用于将所述α轴电流、β轴电流、α轴电动势和β轴电动势输入速度观测器，获取所述速度观测器的输出转子观测转速；

辨识算法模块，用于将所述转子观测转速和所述电磁转矩输入模型参考自适应辨识算法，输出转动惯量。

可选的，所述速度观测器模块，包括：

Luenberger观测器子模块，用于将所述α轴电流、β轴电流、α轴电动势和β轴电动势输入Luenberger观测器，获取所述Luenberger观测器的输出转子观测转速

可选的，所述Luenberger观测器子模块中的所述Luenberger观测器，具体为：

其中，为转子观测转速，所述为所述永磁同步电机伺服控制系统的α和β轴定子反电动势观测值。

可选的，所述辨识算法模块中的所述模型参考自适应辨识算法，具体为：

其中，ω_m(k)为实际转速，ω_g(k)为辨识估计转速，为辨识目标，T为采样周期，β为自适应增益。