[發(fā)明專(zhuān)利]一種面向控制的永磁同步直線(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011574468.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112737451B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史鐵林;夏奇;軒建平;吳金洲;王夢(mèng)瑤;賀帥;王銀峰;梁健強(qiáng);黃子純
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P21/14
• 分類(lèi)號(hào): H02P21/14;H02P25/064
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發(fā)明屬于伺服系統(tǒng)模型辨識(shí)與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種面向控制的永磁同步直線(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)方法，包括：S1、建立電機(jī)動(dòng)態(tài)模型；S2、考慮干擾環(huán)境，得到模型綜合描述；S3、定位力辨識(shí)；S4、摩擦力辨識(shí)；S5、以混沌信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)，采集電機(jī)速度和位置信號(hào)；S6、將輸入信號(hào)抵消非線(xiàn)性因素影響后，得到有效激勵(lì)，辨識(shí)線(xiàn)性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)；S7、結(jié)合辨識(shí)結(jié)果，完成伺服控制參數(shù)整定。本發(fā)明通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工作原理及環(huán)境影響進(jìn)行分析，在伺服全閉環(huán)條件下完成對(duì)典型非線(xiàn)性因素的辨識(shí)，在分離典型非線(xiàn)性因素基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)剩余模塊的線(xiàn)性化辨識(shí)，解決了傳統(tǒng)線(xiàn)性辨識(shí)方法辨識(shí)精度低、非線(xiàn)性辨識(shí)方法對(duì)控制策略和參數(shù)設(shè)計(jì)不明確的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于伺服系統(tǒng)模型辨識(shí)與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種面向控制的永磁同步直線(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)方法。

背景技術(shù)

永磁同步直線(xiàn)電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高、反應(yīng)速度快、隨動(dòng)性好的優(yōu)點(diǎn)。面向控制的系統(tǒng)辨識(shí)，是以控制器設(shè)計(jì)為目的而建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，建立合適的被控系統(tǒng)模型對(duì)認(rèn)識(shí)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理和研究有效控制策略具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

永磁同步直線(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)有著復(fù)雜電磁狀態(tài)和眾多非線(xiàn)性環(huán)節(jié)，圍繞系統(tǒng)辨識(shí)的研究方法，大致可以分為兩類(lèi)：

(1)線(xiàn)性辨識(shí)方法。以最小二乘法為基礎(chǔ)，提出了一系列適應(yīng)性更強(qiáng)的辨識(shí)方法，在中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)CN201910408024.3中公開(kāi)了一種利用最小二乘法的永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)方法，通過(guò)測(cè)量永磁同步電機(jī)兩種帶載工況下的三相相電流、三相線(xiàn)電壓和轉(zhuǎn)速信號(hào)，進(jìn)而得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓方程組，利用最小二乘法的第一推導(dǎo)矩陣、第二推導(dǎo)矩陣、第一中間矩陣和第二中間矩陣得到求解矩陣，遞推出永磁同步電機(jī)的弱磁控制參數(shù)值。

(2)非線(xiàn)性辨識(shí)方法。此類(lèi)研究以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)方法為代表，在中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)CN201510843301.5中公開(kāi)了一種永磁同步電機(jī)自適應(yīng)辨識(shí)控制方法及其控制系統(tǒng)，通過(guò)在dq坐標(biāo)系下建立永磁同步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，并對(duì)定子電壓分量進(jìn)行解耦，得到永磁同步電機(jī)的簡(jiǎn)化狀態(tài)空間模型，再通過(guò)Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)算法對(duì)簡(jiǎn)化狀態(tài)空間模型待定參數(shù)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，然后根據(jù)得到的穩(wěn)定辨識(shí)參數(shù)推導(dǎo)出永磁同步電機(jī)的自適應(yīng)控制率。

針對(duì)永磁同步直線(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)有的線(xiàn)性辨識(shí)方法和非線(xiàn)性辨識(shí)方法都存在一定弊端。線(xiàn)性化辨識(shí)實(shí)際上是將某些非線(xiàn)性因素忽略或用線(xiàn)性關(guān)系代替而得到的近似描述，實(shí)際應(yīng)用中往往會(huì)因?yàn)椴磺‘?dāng)?shù)木€(xiàn)性化，使得基于模型設(shè)計(jì)的伺服控制策略在應(yīng)用中性能大大減低；非線(xiàn)性辨識(shí)方法相較于線(xiàn)性辨識(shí)方法能更加精確的用于系統(tǒng)仿真預(yù)測(cè)，但訓(xùn)練過(guò)程對(duì)數(shù)據(jù)依賴(lài)性強(qiáng)，且針對(duì)被控對(duì)象辨識(shí)結(jié)果很難直觀的進(jìn)行控制策略設(shè)計(jì)。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種面向控制的永磁同步直線(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)方法，在保證系統(tǒng)辨識(shí)精度的前提下，針對(duì)被控系統(tǒng)辨識(shí)結(jié)果，易于進(jìn)行控制策略與參數(shù)的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種面向控制的永磁同步直線(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)方法，其中通過(guò)對(duì)方法整體流程進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)對(duì)永磁同步直線(xiàn)電機(jī)工作原理及環(huán)境影響進(jìn)行分析，提出分離典型非線(xiàn)性因素后的模型線(xiàn)性化假設(shè)；基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尤其可采用最小二乘法完成對(duì)典型非線(xiàn)性因素的辨識(shí)；通過(guò)設(shè)計(jì)合理辨識(shí)輸入信號(hào)，尤其可采用遞推增廣最小二乘法完成系統(tǒng)傳遞函數(shù)辨識(shí)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工作原理及環(huán)境影響進(jìn)行分析，在伺服全閉環(huán)條件下完成對(duì)典型非線(xiàn)性因素的辨識(shí)，在僅電流環(huán)閉環(huán)和典型非線(xiàn)性因素分離條件下，實(shí)現(xiàn)剩余模塊的線(xiàn)性化辨識(shí)，解決了傳統(tǒng)線(xiàn)性辨識(shí)方法辨識(shí)精度低、非線(xiàn)性辨識(shí)方法對(duì)控制策略和參數(shù)設(shè)計(jì)不明確的問(wèn)題。本發(fā)明在保證辨識(shí)精度的條件下，可大大提高控制策略和參數(shù)設(shè)計(jì)效率，對(duì)永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的高精度控制策略設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種面向控制的永磁同步直線(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)方法，其特征在于，包含以下步驟：