[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

随着新型的稀土永磁材料的研制取得突破性地发展，永磁同步电机的功能得到了质的提升，因而得以在很多领域迅速地得到推广。与直流电机相比，永磁同步电机省去了电刷和换向器，结构简单，可靠性高。与异步电动机相比，它没有转子励磁，启动力矩高，运行效率高，功率密度高，低速性能好，转子转动惯量小。因此，永磁同步电机被广泛应用于高性能控制领域，例如：工业机器人、CNC数控机床等，并且其应用范围仍然在快速地扩大。

永磁同步电机矢量控制方案解决了由永磁同步电机自身的非线性和强耦合所产生的问题，具有良好的转矩响应，精确速度控制的优点，能够实现各种系统的高精度，大范围的速度控制，以及小体积大扭矩的需求。然而，当伺服电机应用于负载状态未知的情况下，传统的PI控制难以满足高控制性能的要求。在未知的负载状态中较为重要的是转动惯量这一参数，在原控制系统参数不变的条件下，系统转动惯量的增大，会使得被控系统的动态响应变慢；系统转动惯量的减小，会导致被控系统较大的超调甚至不稳定。与此同时，高性能的控制系统也会随着参数的变化而不断调整，以保证系统性能的稳定。因此，永磁同步电机转动惯量的实时辨识，对永磁同步电机的广泛应用和控制系统的鲁棒性有着很重要的意义。

在现有技术的永磁同步电机伺服系统控制领域中，大多数采用光电编码器、旋转变压器等机械传感器检测电机转子的位置，并对转子位置进行差分来得到转速，然而机械传感器有限的分辨率和位置检测的量化误差差分得到的速度值通常会带来很大噪声。这就使得最小二乘辨识算法这种对噪声比较敏感的辨识方法会产生很大的误差，造成辨识的精确度不高的问题。因此，如何降低噪声带来的干扰，提高辨识的精确度，是如今亟需解决的问题。

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，以通过滤波的方式降低噪声对最小二乘辨识算法的干扰，提高辨识的精确度。

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q轴电流和转子速度；

将所述q轴电流输入加权递推平均滤波器，经过滤波获取所述加权递推平均滤波器的输出电磁转矩；

将所述电磁转矩和所述转子速度输入最小二乘辨识算法，输出转动惯量。

可选的，所述加权递推平均滤波器，具体为：

其中，T_e(k)为所述电磁转矩、所述a、b和c为加权系数。

可选的，所述a、b和c具体分别为和

可选的，所述最小二乘辨识算法为遗忘因子最小二乘辨识算法。

可选的，所述遗忘因子最小二乘辨识算法具体为：

和其中，β为遗忘因子且0≤β≤1、为辨识目标、L(k)为构造矩阵、P(k)为协方差矩阵、ΔT_e(k-1)＝T_e(k-1)-T_e(k-2)。

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：

系统采样模块，用于获取永磁同步电机伺服控制系统的q轴电流和转子速度；

权递推平均滤波器模块，用于将所述q轴电流输入加权递推平均滤波器，经过滤波获取所述加权递推平均滤波器的输出电磁转矩；

最小二乘辨识算法模块，用于将所述电磁转矩和所述转子速度输入最小二乘辨识算法，输出转动惯量。

可选的，所述加权递推平均滤波器模块，具体为：

其中，T_e(k)为所述电磁转矩、所述a、b和c为加权系数。

可选的，所述最小二乘辨识算法模块，包括：

遗忘因子最小二乘辨识算法子模块，用于接收所述电磁转矩和所述转子速度，输出所述转动惯量。

可选的，所述遗忘因子最小二乘辨识算法子模块中的所述遗忘因子最小二乘辨识算法具体为：

和其中，β为遗忘因子且0≤β≤1、为辨识目标、L(k)为构造矩阵、P(k)为协方差矩阵、ΔT_e(k-1)＝T_e(k-1)-T_e(k-2)。

本发明所提供的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q轴电流和转子速度；将所述q轴电流输入加权递推平均滤波器，经过滤波获取所述加权递推平均滤波器的输出电磁转矩；将所述电磁转矩和所述转子速度输入最小二乘辨识算法，输出转动惯量；