[发明专利]一种基于惯量辨识和负载转矩观测的速度环响应提升方法

摘要

本发明公开了一种基于惯量辨识和负载转矩观测的速度环响应提升方法，其利用电机恒转矩加速和自由减速的运动信息，通过最小二乘法对运动曲线进行拟合可以离线的得到伺服系统的转动惯量以及摩擦信息。基于离线辨识得到的转动惯量信息可以根据速度闭环传递函数优化理论来得到速度PI调节器的理论参数设定值，从而避免在系统转动惯量未知时盲目得调节PI参数，最后再结合实际对PI参数进行调整可以将驱动器整定至最佳性能。

主权项

一种基于惯量辨识和负载转矩观测的速度环响应提升方法，其特征在于，包括如下步骤：1)假设系统的转动惯量、动摩擦系数、静摩擦转矩和恒定加速转矩分别为J、B、Tf、Te，则有：电机在恒定转矩驱动下加速阶段的运动方程如下式：Jdωdt=Te-Bω-Tf---(2.1)]]>由此可以得到电机的转速方程为ω=Te-TfB(1-e-BJt)---(2.2)]]>撤去电磁转矩电机在减速阶段的运动方程如下式：Jdωdt=-Bω-Tf---(2.3)]]>由此可以得到电机的转速方程为ω=(ω0+TfB)e-BJt-TfB---(2.4)]]>利用采样得到的电机转速信息，结合基于最小二乘法的非线性拟合可以得到电机在加速阶段和减速阶段的运动去曲线如下所示：结合可以得出伺服平台转动惯量和摩擦参数与拟合曲线系数的关系如下所示：J^=2Te(a^2+b^2)(a^1+b^3)]]>B^=(a^2+b^2)2J^---(2.6)]]>T^f=b^3B^]]>利用仿真平台，对一惯量、摩擦系数、静摩擦转矩为0.01kg·m2、0.005N·m·s、0.5N·m的伺服平台进行了离线惯量辨识算法的验证，得到电机的总体运行曲线、加速曲线和减速曲线；由数据拟合得到加速和减速的曲线为ω=381×(1-e-0.4985t)ω=257×e-0.5002t-100---(2.7)]]>从而可以得到伺服平台的转动惯量为J^=0.0101kgms2---(2.8)]]>2)令pn,ψf,TΣ分别表示永磁电机极对数、磁链和等效电流环延时，令KT＝pnψf，则速度环开环传递函数为W(s)=Kppnψf(τs+1)Jτs2(TΣs+1)=KpKT(τs+1)Jτs2(TΣs+1)---(2.9)]]>其中，PI调节器的传递函数为：W2(s)=Kpτs+1τs---(2.10)]]>转速环PI调节器的参数可以设置为：Kp=J(h+1)2KThTΣKI=Kpτ=J(h+1)2KTτhTΣ---(2.11)]]>其中h＝τ/TΣ表示系统中频带宽，可根据系统对动态性能的要求来决定；结合离线辨识得到的伺服系统转动惯量和转速环PI参数设置理论值，即可得调整系统参数，使得性能达到最优。