[發明專利]基于抗擾卡爾曼數據融合的無位置傳感器搖臂伺服控制方法

有效

• 申請號: 202210055757.5
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114400943B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 錢林方;孫樂;佟明昊;鄒權
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/14;H02P21/22;H02P21/13;H02P25/022
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

本發明公開了一種基于抗擾卡爾曼數據融合的無位置傳感器搖臂伺服控制方法。一方面，通過基于電流環凸優化的無位置傳感器算法，得到搖臂的一個位置和速度估計。另一方面，基于搖臂運動方程，在速度環利用卡爾曼濾波器得到另一個搖臂的位置和速度估計。一般來說，電流環位置估計更為準確，然而表貼式永磁電機在低速過載情況下的轉速估計噪聲很大，此時，采用速度環卡爾曼濾波器獲得的轉速估計作為控制反饋可以獲得更好的伺服控制效果。本發明提出的方法利用卡爾曼濾波器實現數據融合，將電流環的位置估計作為位置反饋，而速度環的速度估計作為速度反饋，進而對搖臂伺服系統實現了無位置傳感器的三環驅動控制。

技術領域

本發明屬于搖臂伺服機構無位置傳感器驅動控制技術，具體為一種基于抗擾卡爾曼數據融合的無位置傳感器搖臂伺服控制方法。

背景技術

搖臂機構是伺服電機的一種典型應用，現在廣泛應用于各種機器人關節。很多關節類搖臂機構結構緊湊，沒有位置安裝位置傳感器，因此，對于高精度搖臂機構，無位置傳感器驅動控制技術尤為關鍵。搖臂由于受負載轉矩影響，運動情況復雜，因此提高位置辨識精度具有重要意義。

近些年，基于凸優化的位置估計方法被用來估計電機的位置。這種方法估計電機位置無需在低速和高速情況下切換。相反，對于傳統的位置估計，在低速情況下和高速情況下需要采用不同的位置估計方法。基于凸優化的位置估計法是一種新的無傳感器控制策略。根據凸優化的理論，通過尋找損失函數的最小值，可以求得位置和速度。該方法可以被應用到低速和高速情況下。應該值得注意的是，對于凸優化法來說，在低速情況下觀測位置，需要注入高頻信號。然而該方法不需要數字解調和濾波。

然而，無位置傳感器伺服驅動控制還存在關鍵問題，即低速過載情況下，由于伺服電機d-q軸電感非常接近，即凸極率較低，轉速估計的噪聲較大，難以支撐高品質速度環控制，進而也難以實現位置伺服驅動控制。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種基于抗擾卡爾曼數據融合的無位置傳感器搖臂伺服控制方法，用于實現搖臂伺服機構無位置傳感器驅動控制。

實現本發明目的的技術方案為：一種基于抗擾卡爾曼數據融合的無位置傳感器搖臂伺服控制方法，包括如下步驟：

步驟1，基于電流環的無位置傳感器控制算法辨識搖臂位置；

步驟2，基于搖臂運動方程采用卡爾曼狀態觀測器，觀測搖臂位置和轉速；

步驟3，運動控制系統采用位置、速度、電流三環控制，其中，位置環的位置反饋采用電流環位置估計，速度環的速度反饋采用速度環的速度估計。

優選地，基于電流環的無位置傳感器控制算法辨識搖臂位置的具體方法為：

將α-β軸系下電流、α-β軸系下電壓，以及上一時刻估計轉速輸入電流環位置估計模塊，電流環位置估計模塊根據損失函數通過牛頓迭代法，計算出當前轉子位置，轉子位置通過鎖相環，對噪聲造成的估計波動進行濾波，獲得電流環的電機轉子位置、轉速估計值，根據電流環位置、速度估計值計算搖臂的角度位置。

優選地，轉子位置的獲取方法為：

構建永磁同步電機靜止坐標系下α-β軸電壓方程：