[发明专利]一种采用可变增益的模型参考自适应惯量辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种惯量辨识方法，尤其是一种模型参考自适应惯量辨识方法。

背景技术

永磁同步电机以其体积小、效率高、电磁转矩大、容易维护、控制方便等诸多优点，已广泛应用于数控机床、航空航天、工业机器人等高速高精度的控制领域。高性能的应用场合对伺服系统的控制性能有严格的要求。在电机实际运行过程中，负载转动惯量的变化会对伺服系统的动静态特性造成不良的影响。为提高伺服系统的控制性能，需要对转动惯量进行辨识，以获得转动惯量的准确数值。因此，转动惯量的准确辨识引起了国内外学者的诸多关注。

常用的转动惯量在线辨识方法主要包括最小二乘法，模型参考自适应算法，参数估计梯度算法，状态观测器法和卡尔曼滤波器法等。其中，模型参考自适应惯量辨识方法因收敛时间较短和良好的动态性能，在电机控制领域得到了广泛的研究和应用。然而在使用模型参考自适应算法辨识转动惯量时，算法中的自适应增益对辨识结果影响较大，存在收敛速度和辨识精度不可同时兼得的矛盾问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用可变增益的模型参考自适应惯量辨识方法，该方法在惯量辨识中既具有较快的收敛速度又具有较高的辨识精度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种采用可变增益的模型参考自适应惯量辨识方法，以模型参考自适应理论为基础，将含有待估计参数的方程作为参考模型，不含未知参数的方程作为可调模型，利用两模型输出量的误差来实时调节可调模型的参数，实现可调模型的输出跟踪控制对象的输出，根据朗道离散时间递推算法得到惯量辨识的自适应规律；

在模型参考自适应惯量辨识中加入误差积分作用，并根据电机实际角速度和估计角速度之间的输出偏差，动态调整惯量辨识中的自适应增益β，实现控制参数的在线调节。

参考模型为：

ω_m(k)＝2ω_m(k-1)-ω_m(k-2)+b[T_e(k-1)-T_e(k-2)]

式中：T_e为电机的电磁转矩；T_L为电机的负载转矩；J为系统转动惯量；ω_m为电机的机械角速度；B为粘滞摩擦系数；b为待辨识量，满足b＝T/J；

可调模型为：

式中：为电机角速度的估计值；为待辨识量的估计值；ΔT_e(k-1)＝T_e(k-1)-T_e(k-2)；

系统转动惯量的自适应辨识规律为：

式中：β为自适应增益，

在算法中引入积分环节，通过电机实际角速度和估计角速度之间的输出偏差Δω_m(k)来调整辨识算法中的自适应增益β，最终实现可调模型的输出跟踪实际电机系统的输出，可变自适应增益的调整公式为：

式中：β_f为自适应增益的最终值；β'为自适应增益的初始值；K_iβ为积分系数。

自适应增益的最终值β_f满足β_f∈[β_min,β_max]，其中β_min为辨识精度最高的自适应增益，β_max为收敛速度最快的自适应增益。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明根据利用两模型输出量的误差来实时调节可调模型的参数，实现可调模型的输出跟踪控制对象的输出，根据朗道离散时间递推算法得到惯量辨识的自适应规律；在模型参考自适应惯量辨识中加入误差积分作用，利用积分作用对模型参考自适应惯量辨识中的自适应增益β进行调整，实现控制参数的在线调节。克服了常规方法中收敛速度和辨识精度存在的不可同时兼得的矛盾问题，表现出更好的辨识特性。本发明在惯量辨识中既具有较快的收敛速度又具有较高的辨识精度，同时对转动惯量的变化还具有较强的自适应能力。

附图说明

图1是本发明的可变增益的惯量辨识框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采用的技术方案，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。该实施方式仅适用于说明和解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。