[發明專利]基于參數辨識的直流電機電流環控制器參數自整定方法

有效

• 申請號: 201810487604.1
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108696210B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 李世華;王佳鵬;王旭明;戴忱;曹為理;張允志
• 申請（專利權）人: 東南大學;中國船舶重工集團公司第七一六研究所
• 主分類號: H02P7/00
• 分類號: H02P7/00;H02P6/28;H02P6/34
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了基于參數辨識的直流電機電流環控制器參數自整定方法，用于雙閉環控制的直流調速系統的電流環控制器參數自整定；包括：首先，在開環狀態下，給定兩個不同的電壓指令，通過獲取電流和速度采樣信號，算得其反電動勢系數和電樞電阻。其次，采用MRAS方法，以直流電機的增量電壓方程為可調模型，并給出理想狀況下的電壓方程為參考模型，使用Landau離散法設計模型的自適應律，實現電機電感辨識。最后，采用模糊理論建立知識庫，在極點配置的基礎上建立多規則雙輸入模型，根據電機的電氣參數，算得電流環的控制器參數，實現電流環的控制器參數自整定。本發明簡潔方便，省去了人工整定參數的種種不足，可以快速準確地實現電流環控制器參數自整定。

技術領域

本發明涉及一種基于雙閉環控制的直流調速系統的電流環控制器參數自整定方法，具體涉及基于參數辨識的直流電機電流環控制器參數自整定方法，屬于直流電機電流環控制器參數自整定技術領域。

背景技術

智能化和高性能是伺服電機發展的兩個重要方向。其中，智能化是指伺服驅動器產品能夠自行完成參數辨識和控制器參數自整定。在沒有相關技術的情況下，需要用戶自行調試伺服驅動器或產品生產公司安排員工進行手工調節，消耗大量人力物力。因此，一套能實現控制器參數自整定的自動控制系統，能大大減少時間成本和勞動成本，且能切實提高產品的核心競爭力。

控制器的自整定策略主要分為兩大類——基于模型的方法和不基于模型的方法。其中，基于模型的方法需要獲悉被控對象的機理模型并得到其精確的參數，涉及到模型參數的辨識。就參數辨識而言，電機電氣參數辨識方法主要也包括兩類：一類是直接計算的方法，通過一定約束條件，利用電氣方程列方程組直接計算電阻電感；另一類是在線的方法，如最小二乘法、基于超穩定原理的模型參考自適應法、基于李亞普諾夫穩定原理的模型參考自適應法、卡爾曼濾波器法等。

在實際應用中，模型建立和參數辨識的精度和收斂速度至關重要。精確的模型是控制器參數自整定的基礎；參數辨識的精度決定了控制器的控制效果，收斂速度則事關用戶體驗。當今伺服產品的不斷發展要求電流控制器自整定技術在得到良好自整定效果的同時有著較快的自整定過程；使得用戶不僅能得到滿意的參數自整定效果，也能獲得較好的使用體驗。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供基于參數辨識的直流電機電流環控制器參數自整定方法，針對雙閉環直流調速系統中電流環控制器參數手工調節需要花費大量時間的實際情形，使用電壓指令和模型參考自適應的方法進行電氣參數辨識，并使用重極點配置結合模糊推理理論得到PI參數值，從而實現該系統中電流環控制器參數的自整定，省去了大量的調節時間。在參數辨識中，對不同的參數使用了不同的辨識方案，辨識精度高；在控制器參數自整定中，使用模糊推理減少了計算量，降低了參數敏感性并提高了控制效果。整個方案可以自動完成，無需手工調節，有較好的整定效果和整定時間。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于參數辨識的直流電機電流環控制器參數自整定方法，包括如下步驟：

步驟1，在開環狀態下，給定兩個不同的電壓指令，測量這兩個情況下的電流和轉速，根據克萊爾法則計算得到直流電機的電樞電阻和反電動勢系數；

步驟2，對直流電機的電壓方程進行離散化和差分，得到增量電壓方程，根據增量電壓方程設計得到系統的參考模型和可調模型；

步驟3，根據朗道離散法設計得到可調模型的自適應律，對模型參考自適應算法進行改進，實現直流電機的電感辨識；

步驟4，以電機的電氣時間常數及PI控制器的參數為模糊值變量，其中，電樞電阻、電樞電感為輸入量，比例參數、積分參數為輸出量，在重極點配置的基礎上建立模糊控制規則；

步驟5，根據步驟4得到的模糊控制規則，對步驟1得到的電樞電阻及步驟3得到的電樞電感進行模糊推理，得到對應的模糊輸出，再對模糊輸出進行反模糊化處理，得到PI控制器的最終參數，實現自整定。