CN106160614A - 一种转动惯量辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种转动惯量辨识方法，其系统包转动惯量辨识模块以及与其电连接的控制模块，系统内还包括增益系数处理模块，通过识别、取值、输出三步，一方面解决了传统固定的不可增益系数法在稳定性与收敛响应速度不可同时兼得的问题，可同时获得在收敛时间和稳定性两个方面的优势。

Description

一种转动惯量辨识方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体为一种运用自适应方法(MRAS)对电机转动惯量辨识方法的改进。

背景技术

如图1所示，传统的辨识方法在算法环节只选取了一个固定的增益系数作为辨识算法的输入增益，其辨识结果会随着固定增益系数的取值的大小出现两种情况：其一是当增益系数取值较大时辨识误差增大；其二是当增益系数取值较小时收敛速度慢；在此情况下，辨识系统往往会在大小增益系数中去折中值，这样得到的转动惯量辨识结果不可避免的会有辨识精度不够高，收敛速度不够快的缺点。

发明内容

本发明的目的是为克服上述问题，提出一种转动惯量辨识方法，可同时获得在收敛时间和稳定性两个方面的优势。

本技术方案设计了一种通过辨识参数的误差来确定增益系数的取值的方法，其系统包转动惯量辨识模块以及与其电连接的控制模块，系统内还包括增益系数处理模块，辨识方法具体为：

第一步，识别，转动惯量辨识模块具有侦测电路，所述侦测电路包括如传感器、运算电路等常规技术手段组合的探测装置，通过定时探测电机的转矩及转速，对测得数据离散化处理后作为初始输入量与增益系数处理模块通信；

第二步，输出，为了建立辨识参数与自适应算法之间的反馈，增强了转动惯量辨识系统的实时性，控制模块对初始输入量以及增益系数处理模块反馈的数据运用寄存于系统内的自适应模型精算，将结果输出至系统，同时反馈至增益系数处理模块。

第三步，取值，为解决传统固定的不可增益系数法在在稳定性与收敛响应速度不可同时兼得的问题，增益系数处理模块对初始输入量进行标幺化处理，模块内的可调算法模型对输入量进行逻辑筛选，根据筛选结果采用不同预设算法计算增益系数值或者直接给出具体的增益系数值，将增益系数的取值范围限制在预设区间内，与控制模块通信；

进一步的，在步骤三中，初始输入量e(J)、步骤1处理所得的初始数据J^*以及标幺化处理的参考量J之间满足e(J)＝J-J^*；增益系数β的逻辑筛选及具体算法满足：

当e(J)∈(0,1)时，β＝β_min+e(J)²β_max

当e(J)∈(-∞,0)时，β＝β_min

当e(J)∈(0,+∞)时，β＝β_max。

进一步的，在步骤二中，测得经标幺化处理的电机转速Δω、转矩ΔTe、增益系数β以及最终精算值b_g之间的算法满足

$b_g\left(k\right)=b_g(k-1)+\mathrm{\β}\frac{\mathrm{\Δ}Te(k-1)}{1+\mathrm{\β}\mathrm{\Δ}Te{(k-1)}^2}\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}\left(k\right),$

其中，k为侦测电路侦测电机数据的次数，k≥1。

需要指出的是，当k＝1时，b_g(k)＝0，此时e(J)∈(0,+∞)，β取β_max。

附图说明

图1是传统模型参考自适应(MRAS)永磁同步电机转动惯量辨识原理图。

图2是本发明可变增益系数的推理流程图。

图3是变增益系永磁同步电机转动惯量辨识的控制原理图。

图4是本发明可变增益系数法与固定增益系数法的辨识结果比较波形图。

具体实施方式及优点

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

转动惯量辨识模块侦测数据后：

由图2可知，通过编程语句限制，在输入误差较大时，即e(J)∈(0,+∞)，经逻辑筛选并运算所得的增益系数值β直接给出限制上限β_max，此时可获得较快的转动惯量辨识速度，提高了系统收敛速度；如图3所示，随着收敛速度加快，输入误差e(J)＝J-J^*减小，经逻辑筛选并运算所得的增益系数值β＝β_min+e(J)²β_max，此时收敛速度下降，转动惯量辨识精度提高；如图2所示，当输入误差较小，即e(J)∈(-∞,0)时，增益系数值β给出下限即β_min，获得最高的转动惯量辨识精度，通过此过程解决了传统的不可变增益系数法在稳定性与收敛响应速度不可同时兼得的问题。

由图3可知，把转动惯量辨识结果与参考值的误差作为输入，建立了辨识参数与自适应算法之间的反馈响应，增大系统的自我调节作用和控制的实时性，同时，提高辨识精度有助于提高系统整体设计的稳定性。

将如图2及图3所示的上述方法的辨识结果与传统辨识方法辨识结果通过仿真验证进行对比，结果如图4所示，与小增益系数相比，收敛速度可提高约40％，与大增益系数相比，辨识精度可提高8％，优势明显。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种转动惯量辨识方法，其系统包转动惯量辨识模块以及与其电连接的控制模块，其特征在于，系统内还包括增益系数处理模块，辨识方法具体包括：

1)识别，转动惯量辨识模块具有侦测电路，所述侦测电路包括探测装置，定时探测电机的转矩及转速，对测得数据离散化处理后作为初始输入量与控制模块通信；

2)输出，控制模块对初始输入量以及增益系数处理模块反馈的数据运用寄存于系统内的自适应模型精算，将结果输出至系统，同时反馈至增益系数处理模块；

3)取值，增益系数处理模块对精算结果进行标幺化处理，利用本模块内的可调算法模型对标幺化处理结果进行逻辑筛选，根据筛选结果采用不同预设算法计算增益系数值或者直接给出具体的增益系数值，将增益系数的取值范围限制在预设区间内，并将结果反馈至控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种转动惯量辨识方法，其特征在于，步骤2中，测得经标幺化处理的电机转速Δω、转矩ΔTe、增益系数β以及最终精算值b_g之间的算法满足

$b_g\left(k\right)=b_g\left(k-1\right)+\mathrm{\β}\frac{\mathrm{\Δ}Te(k-1)}{1+\mathrm{\β}\mathrm{\Δ}Te{(k-1)}^2}\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}\left(k\right),$

其中，k为侦测电路侦测电机数据的次数，k≥1。

3.根据权利要求1所述的一种转动惯量辨识方法，其特征在于，步骤3中，初始输入量e(J)、步骤1处理所得的初始数据J^*以及标幺化处理的参考量J之间满足e(J)＝J-J^*；增益系数β的逻辑筛选及具体算法满足：

当e(J)∈(0,1)时，β＝β_min+e(J)²β_max

当e(J)∈(-∞,0)时，β＝β_min

当e(J)∈(0,+∞)时，β＝β_max。