[發明專利]在線識別慣量比的系統及方法

有效

• 申請號: 201410329070.1
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104124908B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 姚虹;周兆勇;徐飛鵬
• 申請（專利權）人: 深圳市匯川技術股份有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司44217
• 代理人: 陸軍

技術領域

本發明涉及伺服電機控制領域，更具體地說，涉及一種在線識別慣量比的系統及方法。

背景技術

在伺服系統中，慣量比是一個重要的控制因素，是建立環路模型的基礎。慣量比是負載慣量和電機慣量之間的比值，根據慣量比，可以估算出伺服系統的加減速時間是否能滿足設備工藝要求。

目前最常用的慣量比辨識方法是基于離線辨識，即通過加速和減速指令獲取其加速度變化量，進而計算慣量比。上述離線慣量比辨識固然能獲得比較準確的伺服慣量比，但它無法應對外部慣量發生變化的情形。如果控制參數未跟隨外部慣量比變化而變化，常會造成伺服電機控制性能下降，影響使用效果。

摩擦力是伺服控制中重要的外力擾動，其對伺服電機反向運行時的停頓現象有決定性影響，為了做相應補償，常使用摩擦模型的方式來計算過零點的庫侖摩擦力。目前的摩擦模型在計算庫侖摩擦力時，由于受到摩擦模型精確度的影響，不易得到正確的結果，而如使用復雜的模型，又會造成實際應用時計算量大大增加，難以實時運行實現。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對上述離線慣量比辨識無法應對外部慣量變化的問題，提供一種在線識別慣量比的系統及方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案是，提供一種在線識別慣量比的系統，包括采樣單元、第一計算單元以及第二計算單元，其中：所述采樣單元，用于在伺服電機啟動或反向時，以固定的采樣時間采集多個伺服電機的轉速及對應的電流；所述第一計算單元，用于根據所述電流計算電磁轉矩，每一電流對應一個電磁轉矩，并以所述采集的轉速及計算獲得的電磁轉矩迭代計算辨識向量；所述第二計算單元，用于根據所述辨識向量計算慣量比；

所述第一計算單元計算的辨識向量為：并通過以下計算式迭代計算所述辨識向量：其中ψ(k-1)＝[y(k-1) T_e(k-1) -1]^T，且y為采樣獲得的伺服電機轉速，T_e為電磁轉矩，B為摩擦系數，T_s為采樣時間，T_l為負載轉矩，J為電機與負載慣量和，β為遞推可變增益。

在本發明所述的在線識別慣量比的系統中，所述遞推可變增益其中λ為大于0的常數。

在本發明所述的在線識別慣量比的系統中，所述第一計算單元包括數據轉換子單元和浮點數運算子單元，其中：所述數據轉換子單元用于將采樣的伺服電機的轉速及對應的電流轉換為16進制表示的冪級數，并將每一所述冪級數轉換為自定義數據結構，所述自定義數據結構包括浮點數拆分后字符數組、浮點數有效位長度、浮點數冪級數、浮點數正負四個定義變量；所述浮點數運算子單元使用所述自定義數據結構代替浮點數并代入相應計算式完成運算。

在本發明所述的在線識別慣量比的系統中，所述第二計算單元還用于根據所述辨識向量計算負載轉矩；所述系統還包括補償計算單元，用于根據所述負載轉矩進行正向摩擦補償和反向摩擦補償。

本發明還提供一種在線識別伺服慣量比的方法，包括以下步驟：

(a)在伺服電機啟動或反向時，以固定的采樣時間采集該伺服電機的多個轉速及對應的電流；

(b)根據所述電流計算電磁轉矩，每一電流對應一個電磁轉矩，并以所述采集的轉速及計算獲得的電磁轉矩迭代計算辨識向量；

(c)根據所述辨識向量計算慣量比；

所述步驟(b)中，所述辨識向量為：且該辨識向量通過以下計算式迭代計算：其中ψ(k-1)＝[y(k-1) T_e(k-1) -1]^T，y為伺服電機轉速，T_e為電磁轉矩，B為摩擦系數，T_s為采樣時間，T_l為負載轉矩，J為電機與負載慣量和，β為遞推可變增益。

在本發明所述的在線識別伺服慣量比的方法中，所述遞推可變增益其中λ為大于0的常數。

在本發明所述的在線識別伺服慣量比的方法中，所述步驟(b)包括以下步驟：

(b1)將采樣的伺服電機的轉速及對應的電流轉換為16進制表示的冪級數；

(b2)將每一所述冪級數轉換為自定義數據結構，所述自定義數據結構包括浮點數拆分后字符數組、浮點數有效位長度、浮點數冪級數、浮點數正負四個定義變量；

(b3)使用所述自定義數據結構代替浮點數并代入相應計算式完成運算。