永磁同步电动机伺服系统转动惯量辨识

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基于改进模型参考自适应算法的永磁同步电机转动惯量辨识

基于改进模型参考自适应算法的永磁同步电机转动惯量辨识王飞宇;田井呈;卓克琼;赵朝会【摘要】针对使用固定增益系数的模型参考自适应(MRAS)算法在稳定性与收敛响应速度不可同时兼得的问题,介绍了基于MRAS算法的永磁同步电机转动惯量辨识的原理,研究了该算法中自适应增益系数对电机转动惯量辨识结果的影响.探讨了一种依据辨识参数偏差而实时改变的变增益系数的方法,并通过MATLAB/Simulink 对参数辨识系统进行了仿真验证.仿真结果表明,该方法收敛速度快,参数辨识结果振荡幅值小,稳定性好.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2016(043)008【总页数】6页(P63-67,87)【关键词】永磁同步电机;模型参考自适应;转动惯量辨识【作者】王飞宇;田井呈;卓克琼;赵朝会【作者单位】上海电机学院电气学院,上海201306;上海电机学院电气学院,上海201306;上海电机学院电气学院,上海201306;上海电机学院电气学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM351交流永磁同步电机伺服控制系统被广泛应用于高精度、高性能的场合。

然而，伺服系统的动态性能会受电机内部参数、外部扰动转矩和一些非线性因素的影响[1]。

由于转动惯量对伺服系统的控制性能影响较大，是控制系统主要的性能指标[2]，因此辨识出整个伺服系统的转动惯量变得非常重要。

国内外研究人员对转动惯量辨识的方法做了大量的研究。

现有的转动惯量辨识方案可归纳为两类：离线转动惯量辨识方案和在线转动惯量辨识方案。

离线转动惯量辨识方案是在系统控制程序运行前通过直接测试法、加减速法和人工轨迹法等[3- 6]对惯量进行辨识，将测得的参数提供给控制程序使用。

离线式辨识方法需要对大量的数据进行存储和运算，不具有实时性且辨识精度差，这些缺点限制了其应用于高性能的控制系统的范围[7]。

随着大量的现代控制理论应用于电机控制领域，逐渐形成一套在线式辨识理论，可对运行中的系统的转动惯量等参数进行实时辨识，并将所辨识的参数实时提供给系统的控制程序使用，实时性较强，控制精度高。

伺服系统永磁同步电机参数辨识策略

关键词：永磁同步电机；伺服驱动；参数辨识；电流环设计文献标志码：Ａ文章编号：１００５ — ２８９５（２０１３）０６－００４５－０６中图分类号：ＴＭ３５１
ＩｄｅｎｔｉｉｃｆａｔｉｏｎＳｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＰＭＳＭＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＳｅｒｖｏＤｒｉｖｅ
第３１卷第６期
轻工机械
Ｌｉｅ．￣ｔＩｎｄｕｓｔｒｙＭａｃＭｎｅｒｙ
Ｖ０１．３ｌＮｏ．６
２０１３年１２月
Ｂ。．１
［自控・检测］
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５ — ２８９５．２０１３．０６．０１２
参数的辨识策略，实现电阻、交直轴电感、反电势系数等参数的辨识。在一台１．２ｋＷ的永磁同步电机上进行了实验，完
成了上述参数辨识，并在辨识参数的基础上设计了电流环调节器。得到的辨识参数具有较高的精度，验证了所设计的辨识策略的有效性，具有一定的工程实用意义。
一
图１ＰＭＳＭ矢量控制框图
Ｆｉｇｕｒｅ１ＶｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｄｉａｇｒａｍｆｏｒＰＭＳＭ
ＷＵＪｉａｂｉａｏ．ＭＡＪｕｎｈｕａ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）

基于惯量辨识的永磁同步电机自整定调速系统

基于惯量辨识的永磁同步电机自整定调速系统岳勇;林勇;温阳东【摘要】将惯量辨识引入永磁同步电机速度环控制中,在惯量发生变化的条件下,基于惯量辨识自动调节控制参数来保证系统性能,从而达到自整定的目的.实验结果表明自整定方案不仅能保证交流伺服系统的控制性能,而且增强了交流伺服系统的智能性和适应性.【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2016(043)003【总页数】4页(P232-235)【关键词】永磁同步电机;惯量辨识;控制参数;自整定【作者】岳勇;林勇;温阳东【作者单位】合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TH865在现代交流伺服系统中，永磁同步电机具有结构简单、运行可靠及方便维护等优点，在工业自动化领域中得到广泛应用[1]。

为实现永磁同步电机的高性能控制，近些年各种非线性控制方案相继出现，如滑模控制[2]、混沌控制[3]及自抗扰控制[4]等。

但是这些控制器往往较复杂，限制了在实际中的应用[5]。

而传统的PI控制结构简单，易于理解和掌握，在保证一定控制精度的同时，参数调节非常方便。

但是由于永磁同步电动机本身是一个具有耦合的非线性对象[6]，应用环境较为复杂，并且容易受到干扰的影响，所以PI控制器不能满足高精度控制要求。

为了达到较高的性能要求，PI参数在其中起着至关重要的作用，当速度或者负载发生变化时，高效的动态响应和电机参数良好的鲁棒性是十分必要的[7,8]。

速度控制特性依赖于速度控制系统参数选择得是否合理，所以寻找合适的PI参数去满足伺服系统控制就显得十分必要。

在这种情况下知道整个系统的转动惯量[9](包括电机本身和负载)是非常重要的，控制系统的特性是随着负载变化而变化的，而一旦转动惯量被准确辨识出，控制器的参数就可以进行整定以补偿转动惯量的变化，系统的性能就可以提高。

基于遗忘因子递推最小二乘法的伺服系统转动惯量辨识方法

基于遗忘因子递推最小二乘法的伺服系统转动惯量辨识方法鲍海静;张韬;张静【摘要】为了提高交流伺服系统的动态响应性能,要求伺服驱动器具有在线参数自整定功能.实际系统运行中负载转动惯量是未知的,所以在提高系统动态抗干扰能力的研究过程中,需要对负载转动惯量进行准确辨识,以保证伺服系统的最优控制效果.针对负载惯量变化引起的转动惯量变化问题,提出一种基于遗忘因子递推最小二乘法的负载转动惯量辨识方法,根据辨识出的转动惯量,实时调整速度调节器的参数,使系统具体良好的动静态性能.仿真结果表明,这一辨识方法具有较快的收敛速度和较高的辨识精度.【期刊名称】《上海电气技术》【年(卷),期】2017(010)003【总页数】6页(P5-9,14)【关键词】伺服系统;遗忘因子;递推最小二乘法;惯量辨识【作者】鲍海静;张韬;张静【作者单位】上海电气集团股份有限公司中央研究院上海 200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院上海 200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院上海 200070【正文语种】中文【中图分类】TM3011 研究背景伺服系统作为工业自动化设备中的重要执行机构，因其高精度、高功率密度和高可靠性，被广泛应用于数控机床、机器人中。

在高端的伺服产品中都加入了自动调整功能，而实时获得准确的伺服电机负载转动惯量是实现参数自整定的关键。

在各种不同的应用环境中，系统的外部负载惯量是不断变化的，例如机械手臂在抓取货物的运行过程中，其伸缩、抓取和卸载都会引起负载转动惯量的变化。

为了满足工业生产的要求，伺服系统需要适应负载惯量的变化，并及时调整相对应的参数来保持系统的控制性能[1-3]。

目前商业伺服驱动器基本都具有惯量辨识功能，辨识方法主要有两种：被动的离线辨识和主动的在线辨识。

离线辨识算法需要外加一种特殊有规律的信号，例如梯形波、三角波等。

在线转动惯量辨识根据系统运行时伺服电机的转速和电流信息来观测伺服电机转矩及负载转动惯量。

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ＩｅｔａＩｎｉｃｔＯｆＰＭＳｅｖｓｅｎｒｉｄｅｔｆａｉｎＯＭＳｒｏＳｙｔｍＤＵｈｕｉＣＳａ，ＨＥＮａｇ－ｈｎＹｎｓｅｇ
（ｈｊｎｎｖｒｉ，ｎｚｏ０７，ｈｎ）ＺｅｉｇＵｉｓｙＨａｇｈｕ３０２Ｃｉａａｅｔ１
ｌ — —ｏ，警＝ＴＢＬＪ
Ｔ＝ｋｉｅｔ
（１）
（）２
Байду номын сангаас
式中：为转子机械角速度；转动惯量；Ｊ为Ｂ为粘滞摩擦系数；ｅ电磁转矩；Ｌ为扰动负载转矩；Ｔ为Ｔｋ
为电机转矩常数；为ｑ轴电流。。把式（）１离散化的差分方程形式为
个关键变量。由于转动惯量是很难直接测量的非
１
电物理量，需要对其进行在线观测。转动惯量观测结果可用于调整伺服控制系统速度环比例、分增积益系数 … ，者用于负载转矩前馈补偿中，负载或对转矩观测结果进行修正Ｊ从而提高系统的控制性，能。本文介绍了一种应用ＭＴ自适应律在线辨识Ｉ
种基于状态观测器的扰动负载转矩观测法，以及依据自适应法对转动惯量进行辨识的方法。仿真和实验验证了该
方法的正确性和可行性。
关键词：永磁同步电动机；转动惯量辨识；粘滞摩擦系数；扰动负载转矩观测器
中图分类号：Ｍ３１Ｔ５文献标识码：Ａ文章编号：０ — ０８２１）８００ — ４１４７１（０２０－０７００
Ｔ（Ｌｋ＋１＝（））ｋ
永
（）磁４
同
其次利用观测的扰动转矩，用ＭＩ自适应率辨识应Ｔ
把转子角速度和扰动负载转矩作为状态步变量，为输入量，为输出量，由式（）式（）３、４可动机得状态观测器方程：伺
０引言
永磁同步电动机伺服系统的控制性能受到许多因素影响，如外部负载转矩突变、电机内部机械参数非线性变化以及其它不可预测扰动等。在影响伺服系统控制性能的因素中，电机及负载的转动惯量是
一
转动惯量的方法。首先通过转矩观测器，扰动负对载转矩进行观测，实时检测扰动负载转矩的变化，可
鲁［＋１一（）＝（）Ｌｋ一（） ∞（ｋ）ｋ］一Ｔ（）日
（）３
式中：为系统采样时间。假设扰动负载转矩变化缓慢，采样时问内扰在动负载转矩为恒定值：
…
．
堕堕 … 王竺熏望塑 …… … … … … …… … …… …
…？
永磁同步电动机伺服系统转动惯量辨识
杜帅，阳生陈
（浙江大学，江杭州３０２）浙１０７
摘
要：为了提高伺服系统的动态响应特性，可对负载转矩进行前馈补偿，电机机械参数进行辨识。介绍一对
ＡｂｔａｔＩｒｅｏａｈｅｅｈｇｙａｃｒｓｏｓｈｒｃｅｓｏｅｖｙｔｍｓｔｉｎｃｓａｙｔｏｌｔｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｃｉｖｉｈｄｎｍｉｅｐｎｅｃａａｔｒｆｓｒ０ｓｓｅ，ｉｓｅｅｓｒｏｃｍｐｅｅ￣ｅｆｒｄ－ｏｗｒｏｅｓｔｎｗｉａｏｑｅａｄｔｄｎｉｈｃａｉａａａｔｒｆｔｅｍｏｏ．ｔｃｎｑｅｆｒｔｅｄｓｕｂｎｅａｄｃｍｐｎａｉｔｌｄｔｒｕｎｏｉｅｔｙｔｅｍｅｈｎｃｌｒｍｅｅｓｏｔｒＡｅｈｉｕｏｉｔｒａｃｏｈｏｆｐｈｈｌａｏｑｅｅｔｔｎｂｓｄｏｔｔｓｏｓｒｅｓｉｔｄｃｄ，ｎｈｎｒａａｄｆｉｔｎｉｅｔｉａｉｎｂｓｄｏｄｐｉｅｏｄｔｒｕｓｉｉａｅｎｓｅｂｅｖｒｗａｒｕｅａｄｔｅｉｅｔｎｒｉｄｎｉｃｔａｅｎａａｔｍａｏａｎｏｉｃｏｆｏｖｉｅｔｉａｉｎｗａｎｒｄｃｄＢｔｉｌｔｎａｄｅｐｒｎｅｎｔｔｈｅｓｂｌｙａｄｅｆｃｉｅｅｓｏｈｒｐｓｄｄｎｉｃｔｓｉｔｕｅ．ｏｈｓｍｕａｉｎｘｅｉｆｏｏｏｍｅｔｄｍｏｓｒｅｔｅｆａｉｉｔｎｆｔｎｓｆｔｅｐｏｏｅａｉｅｖｍｅｈｄｔｏ．ＫｅｒｓＰＭＳ；ｍｅｔｆｉｅｔｄｎｉｃｔｎｆｃｉｎｃｅｆｉｎ；ｉｔｒａｃｏｄｔｒｕｂｅｖｒｙｗｏｄ：Ｍｍｏｎｒｉｉｅｔｉａｉ；ｒｔｏｆｃｅｔｄｓｂｎｅｌａｏｑｅｏｓｒｅｏｎａｆｏｉｏｉｕ