[發明專利]基于非線性優化的伺服電機參數辨識方法

在審

• 申請號: 202011084255.2
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112350638A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 張新華;張紫君;熊官送;黃建;王軍;王帥
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: H02P23/14
• 分類號: H02P23/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及系統設計優化技術領域，公開了一種基于非線性優化的伺服電機參數辨識方法。其中，該方法包括：對伺服電機的輸入信號和輸出信號進行采集；對輸出信號進行處理；對伺服電機的待辨識參數的初始值、最大可信賴位移、最大誤差和迭代次數進行設定；利用預定的非線性參數辨識算法，根據采集的輸入信號、處理后的輸出信號以及設定的待辨識參數的初始值、最大可信賴位移、最大誤差和迭代次數對待辨識參數的目標函數進行尋優，得到待辨識參數的最優估計值。

技術領域

本發明涉及系統設計優化技術領域，尤其涉及一種基于非線性優化的伺服電機參數辨識方法。

背景技術

近年來，隨著伺服系統智能化、數字化的發展，伺服電機控制技術也逐步向更加智能方向發展，如無位置傳感器、多余度協同控制、容錯控制等，美、中、俄等國家都在相繼從事相關的研究工作。智能化水平的提高對研究對象模型的準確性提出了更高要求，如要求伺服電機參數在因外界環境發生偏差后依舊可以通過辨識算法進行高精確度辨識，即需要依賴精確的對象模型參數，才能充分感知系統狀態，提高整個系統的智能化水平。

對于伺服電機而言，獲得準確的參數值對于永磁同步電機的故障診斷、狀態監測和高性能的控制具有非常重要的意義。獲取伺服電機參數的方法有很多，如在電機的說明書中查詢，但是很多廠商考慮設計的保密性，僅僅會提供額定電壓、額定電流和轉速等信息。在實際使用中，使用人員常常選擇現場測量方法對電機參數進行測量，這種方法準確度高，實時性強，且不受環境影響，但是轉動慣量、阻尼等參數無法進行測量。

常用的參數辨識算法有直流伏安法、卡爾曼濾波、模型自適應法和最小二乘法。直流伏安法通過逆變電路為電機的三相電壓施加PWM方波信號，其電壓信號是幅值和方向均固定的值，通過電壓和電流的比值得到電機的電阻，但是因逆變電路中非線性因素的存在，直流伏安法無法對逆變器影響進行消除，因此辨識結果和真實參數存在誤差；卡爾曼濾波法通過構建隨機狀態分布來模擬空間模型，針對不同的輸入與不同的輸出進行計算誤差的估計?？梢暂^為準確系統的進行計算誤差的估計，但是僅限于線性的狀態估計,無法解決非線性系統的狀態估計，目前也只是在仿真應用中實現；模型自適應算法不斷調整模型參數，使得系統輸出與期望輸出之間的差值不斷減小，最終收斂為零。但是對伺服電機參數敏感，微小的參數調整會導致模型不同的系統輸出，所以導致算法魯棒性較差。尤其在電機低速乃至零速情況下，會導致無法檢測反電動勢；最小二乘法是最主流的一種用于辨識的方法，是其他辨識方法的基礎。最小二乘法是一種不斷逼近的思想，它的優化目標是測量結果相對于計算結果的平方和，迭代方向是不斷減小優化目標的方向。但是最小二乘法存在計算量大、計算復雜、耗費資源以及對多個參數同時辨識時準確度低的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供了一種基于非線性優化的伺服電機參數辨識方法，能夠解決上述現有技術中的問題。

本發明的技術解決方案：一種基于非線性優化的伺服電機參數辨識方法，其中，該方法包括：

對伺服電機的輸入信號和輸出信號進行采集；

對輸出信號進行處理；

對伺服電機的待辨識參數的初始值、最大可信賴位移、最大誤差和迭代次數進行設定；

利用預定的非線性參數辨識算法，根據采集的輸入信號、處理后的輸出信號以及設定的待辨識參數的初始值、最大可信賴位移、最大誤差和迭代次數對待辨識參數的目標函數進行尋優，得到待辨識參數的最優估計值。

優選地，對輸出信號進行處理包括：將輸出信號中偏差超過預定偏差的輸出信號剔除。

優選地，預定的非線性參數辨識算法為列文伯格-馬夸爾特算法。

優選地，根據采集的輸入信號、處理后的輸出信號以及設定的待辨識參數的初始值、最大可信賴位移、最大誤差和迭代次數對待辨識參數的目標函數進行尋優、得到待辨識參數的最優估計值包括：