CN106452247B - 一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法及装置 - Google Patents

一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法及装置，用于解决目前转动惯量离线辨识是在系统模型已知的情况下，获得所有的数据，然后匹配相应的算法，对数据进行估计处理，得到辨识目标参数的估计值，现有的离线辨识方法，如加减速法、转矩限幅加速法、积分辨识法等等，它们原理简单，算法简单，操作起来方便易行，但是其需要进行大量的数据存储和运算，辨识收敛时间长，离线辨识方法具有对计算机要求高，辨识精度不高，不具有实时性的技术问题。

Description

一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法及装置
技术领域
本发明涉及永磁同步电机领域，尤其涉及一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法及装置。
背景技术
随着现代工业自动化技术的飞速发展，永磁同步电机因其体积小、效率高、过载能力大并且可靠性高和响应速度快方面的优点，以及高启动力矩、高功率密度、转子转动惯量小等特性，在伺服领域中占据重要位置。同时，永磁同步电机也广泛应用于家电设备，交通运输中。伴随着永磁同步电机的伺服系统范围的不断扩大，必然也会使人们对其性能方面的要求不断提高，尤其是跟踪精度和鲁棒性方面。针对这种情况下，国内外大量学者先后提出了许多先进的控制策略，但这其中大多数控制策略都是基于永磁同步电机精确参数的基础之上，这就奠定了精确电机参数在整个控制系统设计中的重要基础位置。
一般来说，永磁同步电机的参数是可以直接从电机的名牌上获得，但是这些参数是电机在特定运行条件下(多为固定情况)测试得到的，而永磁同步电机是一个强耦合、非线性系统，电机的转子永磁体会因为电机老化而发生磁性退化的现象，当电机的相电流增大到额定电流以上的时候，电机定子磁芯会饱和，因此，要获得实时的准确的电机参数变得异常困难，通过准确辨识电机的参数，可以避免参数误差对系统性能的影响，实现调节器参数的重新整定，提高系统的鲁棒性。
转动惯量的变化对伺服系统的机械性能影响较大，根据电机的运动方程，我们可以知道转动惯量随着负载变化，惯量过大，使系统响应变慢，导致速度不稳，精度下降；惯量过小，会加快系统的响应速度，容易使速度产生超调和震荡，直接进行测量永磁同步电机的转动惯量并不容易。
发明内容
本发明实施例提供了一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法及装置，解决了目前转动惯量离线辨识是在系统模型已知的情况下，获得所有的数据，然后匹配相应的算法，对数据进行估计处理，得到辨识目标参数的估计值，现有的离线辨识方法，如加减速法、转矩限幅加速法、积分辨识法等等，它们原理简单，算法简单，操作起来方便易行，但是其需要进行大量的数据存储和运算，辨识收敛时间长，离线辨识方法具有对计算机要求高，辨识精度不高，不具有实时性的技术问题。
本发明实施例提供的一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法，其特征在于，包括：
S1：通过递推最小二乘法计算辨识参数最小二乘的递推公式；
S2：通过预置的性能指标，引入遗传因子对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式；
S3：通过电机转矩平衡方程，计算出最小二乘形式，并通过所述遗忘因子最小二乘参数估计公式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
S4：接收预置的满足条件，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)满足预置的满足条件，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
优选地，
所述步骤S4具体包括：
接收预置的遗传因子β的初始值0和预置的当前时刻转动惯量的辨识结果和当前时刻的前一时刻的辨识结果差的绝对值E＝|J(k)-J(k-1)|小于等于0.000001的满足条件，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，若E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，若E≥0.000001，遗传因子β自动加0.01，继续更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
优选地，
所述步骤S1具体包括：
接收预置的非奇异方阵A，(A+BC)，(I+CA-1B)，(A+BC)的逆A-1+X，计算出X＝-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1，(A+BC)-1＝A-1-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1，根据
Figure BDA0001177620610000021
通过递推最小二乘法，计算出
Figure BDA00011776206100000313
Figure BDA0001177620610000032
Figure BDA0001177620610000033
接收预置的A＝P-1(k-1),
Figure BDA0001177620610000034
计算出辨识参数最小二乘的递推公式：
Figure BDA0001177620610000035
Figure BDA0001177620610000036
Figure BDA0001177620610000037
优选地，
所述步骤S2具体包括：
通过预置的性能指标
Figure BDA0001177620610000038
式中β为遗忘因子，0≤β≤1，对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式为：
Figure BDA0001177620610000039
Figure BDA00011776206100000310
Figure BDA00011776206100000311
优选地，
所述步骤S3具体包括：
通过永磁同步电机转矩平衡方程：
Figure BDA00011776206100000312
其中Tl是永磁同步电机的负载转矩，J为转动惯量，B为运动阻尼系数，ωm为转子机械速度，计算出
Figure BDA0001177620610000041
再进行离散化处理：
Figure BDA0001177620610000042
计算出最小二乘形式：
Figure BDA0001177620610000043
接收预置的
y(k)＝ωm(k)-2ωm(k-1)+ωm(k-2)
Figure BDA0001177620610000044
Figure BDA0001177620610000045
即最小二乘形式为
Figure BDA0001177620610000046
通过遗忘因子最小二乘参数估计式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
本发明实施例中提供的一种永磁同步电机转动惯量辨识的装置，包括：
第一计算单元，用于通过递推最小二乘法计算辨识参数最小二乘的递推公式；
第二计算单元，用于通过预置的性能指标，引入遗传因子对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式；
第三计算单元，用于通过电机转矩平衡方程，计算出最小二乘形式，并通过所述遗忘因子最小二乘参数估计公式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
更新单元，用于接收预置的满足条件，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)满足预置的满足条件，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
优选地，
所述更新单元具体包括：
接收子单元，用于接收预置的遗传因子β的初始值0和预置的当前时刻转动惯量的辨识结果和当前时刻的前一时刻的辨识结果差的绝对值E＝|J(k)-J(k-1)|小于等于0.000001的满足条件；
更新子单元，用于更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
输出子单元，用于若E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
循环子单元，用于若E≥0.000001，遗传因子β自动加0.01；继续更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
优选地，
所述第一计算单元具体包括：
第一计算子单元，用于接收预置的非奇异方阵A，(A+BC)，(I+CA-1B)，(A+BC)的逆A-1+X，计算出X＝-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1，(A+BC)-1＝A-1-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1；
第二计算子单元，用于根据
Figure BDA0001177620610000051
通过递推最小二乘法，计算出
Figure BDA0001177620610000052
Figure BDA0001177620610000053
Figure BDA0001177620610000054
第三计算子单元，用于接收预置的A＝P-1(k-1),
Figure BDA0001177620610000055
Figure BDA0001177620610000056
计算出辨识参数最小二乘的递推公式：
Figure BDA0001177620610000057
Figure BDA0001177620610000058
Figure BDA0001177620610000059
优选地，
所述第二计算单元具体包括：
改进子单元，用于通过预置的性能指标
Figure BDA0001177620610000061
式中β为遗忘因子，0≤β≤1，对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进；
第四计算子单元，用于计算遗忘因子最小二乘参数估计公式为：
Figure BDA0001177620610000062
Figure BDA0001177620610000063
Figure BDA0001177620610000064
优选地，
所述第三计算单元具体包括：
第五计算子单元，用于通过永磁同步电机转矩平衡方程：
Figure BDA0001177620610000065
其中Tl是永磁同步电机的负载转矩，J为转动惯量，B为运动阻尼系数，ωm为转子机械速度，计算出
Figure BDA0001177620610000066
处理子单元，用于对
Figure BDA0001177620610000067
进行离散化处理：
Figure BDA0001177620610000068
计算出最小二乘形式：
Figure BDA0001177620610000069
第六计算子单元，用于接收预置的
y(k)＝ωm(k)-2ωm(k-1)+ωm(k-2)
Figure BDA0001177620610000071
Figure BDA0001177620610000072
即最小二乘形式为
Figure BDA0001177620610000073
通过遗忘因子最小二乘参数估计式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例中提供的一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法及装置，其中一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法，包括：S1：通过递推最小二乘法计算辨识参数最小二乘的递推公式；S2：通过预置的性能指标，引入遗传因子对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式；S3：通过电机转矩平衡方程，计算出最小二乘形式，并通过所述遗忘因子最小二乘参数估计公式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；S4：接收预置的满足条件，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)满足预置的满足条件，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。本实施例中，通过在递推最小二乘法的基础上加入遗忘因子，并对遗忘因子的变化，设计了循环环节，减少输出震荡，保证了输出的平稳性，具有实时辨识，辨识收敛时间短的优点，解决了目前转动惯量离线辨识是在系统模型已知的情况下，获得所有的数据，然后匹配相应的算法，对数据进行估计处理，得到辨识目标参数的估计值，现有的离线辨识方法，如加减速法、转矩限幅加速法、积分辨识法等等，它们原理简单，算法简单，操作起来方便易行，但是其需要进行大量的数据存储和运算，辨识收敛时间长，离线辨识方法具有对计算机要求高，辨识精度不高，不具有实时性的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1本发明实施例提供的一种磁同步电机转动惯量辨识的方法的一个实施例的流程示意图；
图2本发明实施例提供的一种循环环节的流程示意图；
图3本发明实施例提供的一种磁同步电机转动惯量辨识的装置的一个实施例的结构示意图；
图4本发明实施例提供的一种磁同步电机转动惯量辨识的装置的另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法及装置，用于解决目前转动惯量离线辨识是在系统模型已知的情况下，获得所有的数据，然后匹配相应的算法，对数据进行估计处理，得到辨识目标参数的估计值，现有的离线辨识方法，如加减速法、转矩限幅加速法、积分辨识法等等，它们原理简单，算法简单，操作起来方便易行，但是其需要进行大量的数据存储和运算，辨识收敛时间长，离线辨识方法具有对计算机要求高，辨识精度不高，不具有实时性的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种磁同步电机转动惯量辨识的方法的一个实施例包括：
101、通过递推最小二乘法计算辨识参数最小二乘的递推公式；
102、通过预置的性能指标，引入遗传因子对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式；
103、通过电机转矩平衡方程，计算出最小二乘形式，并通过所述遗忘因子最小二乘参数估计公式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
104、接收预置的满足条件，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)满足预置的满足条件，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
上面是对一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法进行详细的描述，下面将对一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法的具体过程进行更详细的描述，本发明实施例提供的一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法的另一个实施例包括：
201、接收预置的非奇异方阵A，(A+BC)，(I+CA-1B)，(A+BC)的逆A-1+X，计算出X＝-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1，(A+BC)-1＝A-1-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1，根据
Figure BDA0001177620610000091
通过递推最小二乘法，计算出
Figure BDA0001177620610000092
Figure BDA0001177620610000093
Figure BDA0001177620610000094
接收预置的A＝P-1(k-1),
Figure BDA0001177620610000095
计算出辨识参数最小二乘的递推公式：
Figure BDA0001177620610000096
Figure BDA0001177620610000097
Figure BDA0001177620610000098
取非奇异方阵A，(A+BC)，(I+CA-1B)，根据矩阵的求逆引理,可逆矩阵A+BCD的逆可以表示成A-1+X，其中X表示未知矩阵，得:
(A+BC)-1＝A-1+X (1)
X＝-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1 (2)
则：(A+BC)-1＝A-1-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1 (3)
Figure BDA0001177620610000101
由批处理最小二乘得到下面两式:
Figure BDA0001177620610000102
Figure BDA0001177620610000103
最后得到k时刻的递推最小二次估计:
Figure BDA0001177620610000104
令A＝P-1(k-1),
Figure BDA0001177620610000105
代入式(1)得：
Figure BDA0001177620610000106
将式(6)代入
Figure BDA0001177620610000107
中可以得到：
Figure BDA0001177620610000108
将(7)式代入(6)式得到协方差矩阵：
Figure BDA0001177620610000109
综上所述，得到参数最小二乘估计的递推公式为：
Figure BDA00011776206100001010
Figure BDA00011776206100001011
Figure BDA00011776206100001012
202、通过预置的性能指标
Figure BDA00011776206100001013
式中β为遗忘因子，0≤β≤1，对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式为：
Figure BDA0001177620610000111
Figure BDA0001177620610000112
Figure BDA0001177620610000113
为了解决数据饱和的问题，引入遗忘因子对递推公式进行数据饱和的改进，设置性能指标为：
Figure BDA0001177620610000114
式(13)中β为遗忘因子，0≤β≤1，可以得到遗忘因子最小二乘参数估计公式为：
Figure BDA0001177620610000115
Figure BDA0001177620610000116
Figure BDA0001177620610000117
203、通过永磁同步电机转矩平衡方程：
Figure BDA0001177620610000118
其中Tl是永磁同步电机的负载转矩，J为转动惯量，B为运动阻尼系数，ωm为转子机械速度，计算出
Figure BDA0001177620610000119
再进行离散化处理：
Figure BDA00011776206100001110
计算出最小二乘形式：
Figure BDA0001177620610000121
接收预置的
y(k)＝ωm(k)-2ωm(k-1)+ωm(k-2)
Figure BDA0001177620610000122
Figure BDA0001177620610000123
即最小二乘形式为
Figure BDA0001177620610000124
通过遗忘因子最小二乘参数估计式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
永磁同步电机转矩平衡方程：
Figure BDA0001177620610000125
式中Tl是永磁同步电机的负载转矩，J为转动惯量，B为运动阻尼系数，ωm为转子机械速度，在控制系统中，B可以忽略，可以得到：
Figure BDA0001177620610000126
对上式进行离散化处理得：
Figure BDA0001177620610000127
在采样周期Ts极短的情况下，可以将转矩Tl忽略变化，视为常数，即Tl(k-1)＝Tl(k)，得最小二乘形式：
Figure BDA0001177620610000128
令：
y(k)＝ωm(k)-2ωm(k-1)+ωm(k-2) (21)
Figure BDA0001177620610000131
Figure BDA0001177620610000132
最小二乘形式：
Figure BDA0001177620610000133
将其带入遗忘因子最小二乘参数估计式中，得J(k)。
204、接收预置的遗传因子β的初始值0和预置的当前时刻转动惯量的辨识结果和当前时刻的前一时刻的辨识结果差的绝对值E＝|J(k)-J(k-1)|小于等于0.000001的满足条件，通过采样，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，若E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，若E≥0.000001，遗传因子β自动加0.01，继续更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
设计一个循环环节，使得输出平稳，针对遗忘因子的变化，定义差值E是辨识算法当前时刻转动惯量的辨识结果和前一时刻的辨识结果差的绝对值，E＝|J(k)-J(k-1)|，为了得到平稳的输出，设E≥0.000001，β加0.01(β的初始值为0，0≤β≤1)，算法进行更新J(k)，直到E≤0.000001，输出J(k)。具体流程图如图2所示。
本发明对永磁同步电机转动惯量进行实时辨识，以便能够根据因外界负载的变化而带来的转动惯量的变化进行调节器参数的整定，提高伺服系统的精确性和鲁棒性。本发明在最小二乘法中加入了一个遗忘因子，以抵抗数据饱和，并针对遗忘因子，加入了一个遗忘因子变化的约束方法，使遗忘因子的取值适应系统的变化，并很好的辨识出永磁同步电机的转动惯量。
下面对涉及的专用名词的解释
1、永磁同步电机(PMSM)
永磁同步电机是采用永磁体取代其电励磁的同步电机。相对于其他的电机，永磁同步电机有着以下显著的优势：A.永磁同步电机在基速以下不需要励磁电流，在稳定运行时没有转子电阻损耗，可以显著提高功率因数；B.永磁同步电机没有电刷和滑环，结构简单，使用方便，可靠性高；C.永磁同步电机转子结构多样，灵活，可根据不同需要选择不同转子结构。
2、参数辨识
参数辨识是根据实验数据和建立的模型来确定一个或一组参数，使得由模型计算得到的数值能最好的拟合测试数据，进而为生产过程进行预测，提供一定的理论指导。参数辨识主要解决当系统模型已知的条件下，确定模型中的一些未知参数的问题。辨识有3个要素，即数据、模型类和准则，其中数据是指系统的输入输出数据，模型类则定义了模型的基本结构类型，准则即为评价模型与输入输出数据拟合程度的量度标准。
3、最小二乘法
最小二乘法的基本原理如下：用给定的参数计算模型的观测向量和状态变量，将实际系统输出值减去观测值，将差值进行平方和计算，采用某种算法持续改变参数数值，当差值的平方和为最小时，则已经辨识出了系统的参数矩阵，且辨识出的参数值与实际值非常接近。最小二乘法种类很多，有遗忘因子递推算法、加权最小二乘法、递推最小二乘法、多级二乘法等等，算法的核心思想是将电机非线性模型转化为线性模型，得到线性化后的电机模型后与电机参数有着直接联系。在参数辨识中，最小二乘法作为一种在线辨识方法被应用来对所需辨识的参数作实时跟踪估计。
本发明是在递推最小二乘法辨识算法的基础上进行改进的，递推最小二乘法适用于处理数据量大，实时控制中不断有数据输入输出的情况。递推最小二乘算法首先根据输入输出序列列出估计的观测矩阵，给需要辨识的参数和协方差矩阵附初值，计算增益矩阵，最后算出辨识参数。递推最小二乘辨识算法可以比较准确的辨识出转动惯量，但是，它存在的不可缺点，就算数据更新能力弱，出现数据饱和现象，辨识精度不高。转动惯量的辨识方法基本可以归结为两大类：离线辨识和在线辨识。离线辨识是在系统模型已知的情况下，获得所有的数据，然后匹配相应的算法，对数据进行估计处理，得到辨识目标参数的估计值。现有的离线辨识方法，如加减速法、转矩限幅加速法、积分辨识法等等，它们原理简单，算法简单，操作起来方便易行，但是其需要进行大量的数据存储和运算，辨识收敛时间长。离线辨识方法具有对计算机要求高，辨识精度不高，不具有实时性等缺点。针对现有方法的缺点，本发明在递推小二乘法的基础上加入遗忘因子，并对遗忘因子的变化提出相应的约束条件，对电机的转动惯量实现实时辨识，缩短辨识收敛时间，提高辨识精度，解决了现有的离线辨识需要进行大量数据的存储和运算，对计算机要求高，不具有实时性的技术问题。
请参阅图3，本发明实施例提供的一种磁同步电机转动惯量辨识的装置的一个实施例包括：
第一计算单元301，用于通过递推最小二乘法计算辨识参数最小二乘的递推公式；
第二计算单元302，用于通过预置的性能指标，引入遗传因子对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式；
第三计算单元303，用于通过电机转矩平衡方程，计算出最小二乘形式，并通过所述遗忘因子最小二乘参数估计公式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
更新单元304，用于接收预置的满足条件，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)满足预置的满足条件，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
上面是对一种永磁同步电机转动惯量辨识的装置各单元进行详细的描述，下面将对一种永磁同步电机转动惯量辨识的装置各附加单元进行详细的描述，请参阅图4，本发明实施例提供的一种磁同步电机转动惯量辨识的装置的另一个实施例包括：
第一计算单元401，用于通过递推最小二乘法计算辨识参数最小二乘的递推公式；
第一计算单元401具体包括：
第一计算子单元4011，用于接收预置的非奇异方阵A，(A+BC)，(I+CA-1B)，(A+BC)的逆A-1+X，计算出X＝-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1，(A+BC)-1＝A-1-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1；
第二计算子单元4012，用于根据
Figure BDA0001177620610000151
通过递推最小二乘法，计算出
Figure BDA0001177620610000161
Figure BDA0001177620610000162
Figure BDA0001177620610000163
第三计算子单元4013，用于接收预置的A＝P-1(k-1),
Figure BDA0001177620610000164
Figure BDA0001177620610000165
计算出辨识参数最小二乘的递推公式：
Figure BDA0001177620610000166
Figure BDA0001177620610000167
Figure BDA0001177620610000168
第二计算单元402，用于通过预置的性能指标，引入遗传因子对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式；
第二计算单元402具体包括：
改进子单元4021，用于通过预置的性能指标
Figure BDA0001177620610000169
式中β为遗忘因子，0≤β≤1，对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进；
第四计算子单元4022，用于计算遗忘因子最小二乘参数估计公式为：
Figure BDA00011776206100001610
Figure BDA00011776206100001611
Figure BDA00011776206100001612
第三计算单元403，用于通过电机转矩平衡方程，计算出最小二乘形式，并通过所述遗忘因子最小二乘参数估计公式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
第三计算单元403具体包括：
第五计算子单元4031，用于通过永磁同步电机转矩平衡方程：
Figure BDA0001177620610000171
其中Tl是永磁同步电机的负载转矩，J为转动惯量，B为运动阻尼系数，ωm为转子机械速度，计算出
Figure BDA0001177620610000172
处理子单元4032，用于对
Figure BDA0001177620610000173
进行离散化处理：
Figure BDA0001177620610000174
计算出最小二乘形式：
Figure BDA0001177620610000175
第六计算子单元4033，用于接收预置的
y(k)＝ωm(k)-2ωm(k-1)+ωm(k-2)
Figure BDA0001177620610000176
Figure BDA0001177620610000177
即最小二乘形式为
Figure BDA0001177620610000178
通过遗忘因子最小二乘参数估计式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
更新单元404，用于接收预置的满足条件，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)满足预置的满足条件，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
更新单元404具体包括：
接收子单元4041，用于接收预置的遗传因子β的初始值0和预置的当前时刻转动惯量的辨识结果和当前时刻的前一时刻的辨识结果差的绝对值E＝|J(k)-J(k-1)|小于等于0.000001的满足条件；
更新子单元4042，用于通过采样，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
输出子单元4043，用于若E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
循环子单元4044，用于若E≥0.000001，遗传因子β自动加0.01；继续更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
本发明实施例中提供的一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法及装置，其中一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法，包括：S1：通过递推最小二乘法计算辨识参数最小二乘的递推公式；S2：通过预置的性能指标，引入遗传因子对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式；S3：通过电机转矩平衡方程，计算出最小二乘形式，并通过所述遗忘因子最小二乘参数估计公式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
S4：接收预置的满足条件，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)满足预置的满足条件，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。本实施例中，通过在递推最小二乘法的基础上加入遗忘因子，并对遗忘因子的变化，设计了循环环节，减少输出震荡，保证了输出的平稳性，具有实时辨识，辨识收敛时间短的优点，解决了目前转动惯量离线辨识是在系统模型已知的情况下，获得所有的数据，然后匹配相应的算法，对数据进行估计处理，得到辨识目标参数的估计值，现有的离线辨识方法，如加减速法、转矩限幅加速法、积分辨识法等等，它们原理简单，算法简单，操作起来方便易行，但是其需要进行大量的数据存储和运算，辨识收敛时间长，离线辨识方法具有对计算机要求高，辨识精度不高，不具有实时性的技术问题。
本发明目的在于实现永磁同步电机的转动惯量的在线辨识，其关键点在于抵抗数据饱和，加入了遗忘因子，并且针对遗忘因子，设计了一个循环环节，保证了输出的稳定性。
现有的离线辨识需要进行大量数据的存储和运算，对计算机要求高，不具有实时性。本发明是在递推最小二乘法的基础上加入遗忘因子，并对遗忘因子的变化，设计了循环环节，减少输出震荡，保证了输出的平稳性。本专利提出的转动惯量辨识的方法属于在线辨识，具有实时辨识，辨识收敛时间短的优点。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机转动惯量辨识的方法，其特征在于，包括：
S1：通过递推最小二乘法计算辨识参数最小二乘的递推公式；
S2：通过预置的性能指标，引入遗忘因子对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式；
S3：通过电机转矩平衡方程，计算出最小二乘形式，并通过所述遗忘因子最小二乘参数估计公式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
S4：接收预置的满足条件，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)满足预置的满足条件，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
所述步骤S4具体包括：
接收预置的遗忘因子β的初始值0和预置的当前时刻转动惯量的辨识结果和当前时刻的前一时刻的辨识结果差的绝对值E＝|J(k)-J(k-1)|小于等于0.000001的满足条件，通过采样，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，若E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，若E≥0.000001，遗忘因子β自动加0.01，继续更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
所述步骤S1具体包括：
接收预置的非奇异方阵A，(A+BC)，(I+CA-1B)，(A+BC)的逆A-1+X，计算出X＝-A-1B(I+CA- 1B)-1CA-1，(A+BC)-1＝A-1-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1，根据
Figure FDA0002381530300000011
通过递推最小二乘法，计算出第一公式
Figure FDA0002381530300000012
第二公式
Figure FDA0002381530300000013
第三公式
Figure FDA0002381530300000014
接收预置的
Figure FDA0002381530300000015
计算出辨识参数最小二乘的递推公式：第四公式
Figure FDA0002381530300000016
第五公式
Figure FDA0002381530300000017
第六公式
Figure FDA0002381530300000018
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转动惯量辨识的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
通过预置的性能指标
Figure FDA0002381530300000021
式中β为遗忘因子，0≤β≤1，对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式的第七公式、第八公式、第九公式分别为：
Figure FDA0002381530300000022
Figure FDA0002381530300000023
Figure FDA0002381530300000024
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机转动惯量辨识的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
通过永磁同步电机转矩平衡方程：
Figure FDA0002381530300000025
其中Tl是永磁同步电机的负载转矩，J为转动惯量，B为运动阻尼系数，ωm为转子机械速度，计算出第十公式：
Figure FDA0002381530300000026
再进行离散化处理计算出第十一公式：
Figure FDA0002381530300000027
其中Ts为采样周期；
计算出最小二乘形式的第十二公式
Figure FDA0002381530300000028
接收预置的第十三公式、第十四公式、第十五公式分别为：
y(k)＝ωm(k)-2ωm(k-1)+ωm(k-2)
Figure FDA0002381530300000031
Figure FDA0002381530300000032
即最小二乘形式为
Figure FDA0002381530300000033
通过遗忘因子最小二乘参数估计式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
4.一种永磁同步电机转动惯量辨识的装置，其特征在于，包括：
第一计算单元，用于通过递推最小二乘法计算辨识参数最小二乘的递推公式；
第二计算单元，用于通过预置的性能指标，引入遗忘因子对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进，计算遗忘因子最小二乘参数估计公式；
第三计算单元，用于通过电机转矩平衡方程，计算出最小二乘形式，并通过所述遗忘因子最小二乘参数估计公式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
更新单元，用于接收预置的满足条件，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)满足预置的满足条件，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
所述更新单元具体包括：
接收子单元，用于接收预置的遗忘因子β的初始值0和预置的当前时刻转动惯量的辨识结果和当前时刻的前一时刻的辨识结果差的绝对值E＝|J(k)-J(k-1)|小于等于0.000001的满足条件；
更新子单元，用于通过采样，更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
输出子单元，用于若E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
循环子单元，用于若E≥0.000001，遗忘因子β自动加0.01；继续更新k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)，直至E≤0.000001，输出平稳的k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)；
所述第一计算单元具体包括：
第一计算子单元，用于接收预置的非奇异方阵A，(A+BC)，(I+CA-1B)，(A+BC)的逆A-1+X，计算出X＝-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1，(A+BC)-1＝A-1-A-1B(I+CA-1B)-1CA-1；
第二计算子单元，用于根据
Figure FDA0002381530300000041
通过递推最小二乘法，计算出第一公式、第二公式、第三公式分别为：
Figure FDA0002381530300000042
Figure FDA0002381530300000043
Figure FDA0002381530300000044
第三计算子单元，用于接收预置的
Figure FDA0002381530300000045
Figure FDA0002381530300000046
计算出辨识参数最小二乘的递推公式：第四公式、第五公式、第六公式分别为：
Figure FDA0002381530300000047
Figure FDA0002381530300000048
Figure FDA0002381530300000049
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机转动惯量辨识的装置，其特征在于，所述第二计算单元具体包括：
改进子单元，用于通过预置的性能指标
Figure FDA00023815303000000410
式中β为遗忘因子，0≤β≤1，对所述辨识参数最小二乘的递推公式进行数据饱和的改进；
第四计算子单元，用于计算遗忘因子最小二乘参数估计公式为：第七公式、第八公式、第九公式分别为：
Figure FDA00023815303000000411
Figure FDA00023815303000000412
Figure FDA0002381530300000051
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机转动惯量辨识的装置，其特征在于，所述第三计算单元具体包括：
第五计算子单元，用于通过永磁同步电机转矩平衡方程：
Figure FDA0002381530300000052
其中Tl是永磁同步电机的负载转矩，J为转动惯量，B为运动阻尼系数，ωm为转子机械速度，计算出第十公式：
Figure FDA0002381530300000053
处理子单元，用于对第十公式：
Figure FDA0002381530300000054
进行离散化处理计算出第十一公式：
Figure FDA0002381530300000055
其中Ts为采样周期；
计算出最小二乘形式的第十二公式：
Figure FDA0002381530300000056
第六计算子单元，用于接收预置的第十三公式、第十四公式、第十五公式分别为：
y(k)＝ωm(k)-2ωm(k-1)+ωm(k-2)
Figure FDA0002381530300000057
Figure FDA0002381530300000058
即最小二乘形式为
Figure FDA0002381530300000061
通过遗忘因子最小二乘参数估计式，计算出k时刻的永磁同步电机的转动惯量J的值J(k)。
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