[發(fā)明專利]一種基于運(yùn)動(dòng)模型的負(fù)載慣量辨識(shí)方法

有效

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• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112511053B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 藍(lán)希清;冀秋香;黃明潔
• 申請（專利權(quán)）人: 威科達(dá)（東莞）智能控制有限公司
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/14;H02P21/20
• 代理公司: 東莞市華南專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44215
• 代理人: 張明

本發(fā)明涉及交流伺服系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于運(yùn)動(dòng)模型的負(fù)載慣量辨識(shí)方法，在伺服內(nèi)部建立虛擬的電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型，虛擬電機(jī)模型輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較，從而進(jìn)一步修正負(fù)載慣量值。通過不斷迭代修正，最終能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出負(fù)載慣量，迭代次數(shù)越多，負(fù)載慣量越精確。整個(gè)過程不需要采集電機(jī)的加速度，有效地避免了加速度采集誤差對負(fù)載慣量辨識(shí)造成的不利影響。本發(fā)明中，無論是離線慣量學(xué)習(xí)還是在線慣量學(xué)習(xí)，通過調(diào)整迭代周期，負(fù)載慣量均能夠準(zhǔn)確的辨識(shí)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及交流伺服系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于運(yùn)動(dòng)模型的負(fù)載慣量辨識(shí)方法。

背景技術(shù)

伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其響應(yīng)速度快、控制精度高且體積較小。如今市場上通用的伺服電機(jī)為永磁同步電機(jī)，其控制方式均采用數(shù)字化的矢量控制方式。由于伺服電機(jī)可工作于轉(zhuǎn)矩控制模式、速度控制模式或位置控制模式。所以，控制上一般采用位置環(huán)、速度環(huán)、轉(zhuǎn)矩環(huán)嵌套的三環(huán)控制結(jié)構(gòu)。其中，速度環(huán)的性能受負(fù)載慣量的影響較大。如果伺服電機(jī)工作于位置控制模式或速度控制模式，則需要正確設(shè)置負(fù)載慣量參數(shù)。而作為通用的伺服產(chǎn)品，不同設(shè)備的負(fù)載慣量是不一樣的，多數(shù)場合是未知的。所以，安裝有伺服電機(jī)的設(shè)備在試運(yùn)行前時(shí)均需要花很長的時(shí)間去計(jì)算或測量負(fù)載慣量。

目前的伺服負(fù)載慣量學(xué)習(xí)方法主要有如下兩種：(1)直接計(jì)算法，讓電機(jī)進(jìn)行加減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩除以實(shí)際的加速度，直接得到負(fù)載慣量。(2)最小二乘法，讓電機(jī)進(jìn)行變加速運(yùn)動(dòng)，獲取多個(gè)不同的轉(zhuǎn)矩值和多個(gè)不同的加速度值，通過最小化誤差的平方和計(jì)算出最佳慣量。

上述方式中，直接計(jì)算法需要較高的加速度才能計(jì)算出準(zhǔn)確的慣量，計(jì)算出的慣量受負(fù)載擾動(dòng)影響很大，不同的加速度可能計(jì)算出不同的慣量，不容易收斂。最小二乘法計(jì)算復(fù)雜，需要有不同的加速度才能估算準(zhǔn)確，實(shí)用性不高。不管是直接計(jì)算法，還是最小二乘法，都需要獲取電機(jī)的加速度，當(dāng)加速度較小時(shí)，計(jì)算得到的慣量誤差極大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的問題提供一種基于運(yùn)動(dòng)模型的負(fù)載慣量辨識(shí)方法，設(shè)置虛擬電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型，再結(jié)合迭代算法，能夠準(zhǔn)確地自學(xué)習(xí)處負(fù)載慣量。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于運(yùn)動(dòng)模型的負(fù)載慣量辨識(shí)方法，包括以下步驟：

A.在伺服電機(jī)的內(nèi)部建立虛擬電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型；

B.在一個(gè)運(yùn)動(dòng)迭代周期內(nèi)，將虛擬電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的輸出電機(jī)轉(zhuǎn)矩和實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行算法迭代比較，得到下一個(gè)迭代周期的負(fù)載慣量；

C.重復(fù)步驟B，在足夠多的迭代次數(shù)后獲得伺服電機(jī)的負(fù)載慣量。

優(yōu)選的，步驟B的虛擬電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的輸出電機(jī)轉(zhuǎn)矩和實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩的比較步驟包括：

B1.計(jì)算虛擬電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的轉(zhuǎn)速v_fb，同時(shí)，獲取實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速v_ref；

B2.計(jì)算虛擬電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的轉(zhuǎn)速v_fb與實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速v_ref之間的誤差T_mpre；

B3.根據(jù)誤差T_mpre計(jì)算虛擬電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的電機(jī)轉(zhuǎn)矩T_m；

B4.設(shè)實(shí)際電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為T_r，根據(jù)實(shí)際電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T_r計(jì)算出實(shí)際加速轉(zhuǎn)矩T_acc；

B5.負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_l等于實(shí)際電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T_r減去實(shí)際加速轉(zhuǎn)矩T_acc，則可以計(jì)算虛擬電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的模型加速轉(zhuǎn)矩T_macc等于虛擬電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的電機(jī)轉(zhuǎn)矩T_m減去負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_l；