CN109510543B - 一种伺服电机负载惯量的测定方法 - Google Patents

一种伺服电机负载惯量的测定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109510543B
CN109510543B CN201811540757.4A CN201811540757A CN109510543B CN 109510543 B CN109510543 B CN 109510543B CN 201811540757 A CN201811540757 A CN 201811540757A CN 109510543 B CN109510543 B CN 109510543B
Authority
CN
China
Prior art keywords
natural frequency
load inertia
inertia
servo motor
dimensional table
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811540757.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109510543A (zh
Inventor
范仁凯
杨凯峰
钱巍
其他发明人请求不公开姓名
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Estun Automation Co Ltd
Original Assignee
Nanjing Estun Automation Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Estun Automation Co Ltd filed Critical Nanjing Estun Automation Co Ltd
Priority to CN201811540757.4A priority Critical patent/CN109510543B/zh
Publication of CN109510543A publication Critical patent/CN109510543A/zh
Priority to PCT/CN2019/086545 priority patent/WO2020124934A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109510543B publication Critical patent/CN109510543B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage

Abstract

本发明公开了一种伺服电机负载惯量的测定方法，电机出厂时，通过测量不同JL/JM时速度环的自然频率fn，制作速度环的自然频率fn与JL/JM值的二维表格；在电机实际运行过程中，通过对采集的速度误差进行FFT分析并找出自然频率fn，然后在二维表格中通过线性插值的方法计算出JL/JM，从而推算出负载惯量JL。本发明方法在线推算负载惯量，伺服电机不需要运行特定的曲线也不需要注入谐波；由于惯量参数不匹配引起的振动频率较低，所以不会受到机械谐振等因素的影响；通过实际系统测试绘制自然频率fn与JL/JM值的二维表格，自然频率与负载惯量关系的准确度高。

Description

一种伺服电机负载惯量的测定方法
技术领域
本发明涉及一种伺服电机负载惯量的测定方法。
背景技术
一直以来，伺服电机在工业自动化场合扮演者重要的角色。作为驱动执行机构，其响应速度快、控制精度高且体积较小。如今市场上通用的伺服电机为永磁同步电机，其控制方式均采用数字化的矢量控制方式。由于伺服电机可工作于转矩控制模式、速度控制模式或位置控制模式。所以，控制上一般采用位置环、速度环、转矩环嵌套的三环控制结构。其中，速度环的性能受负载惯量的影响较大。
如果伺服电机工作于位置控制模式或速度控制模式，则需要正确设置负载惯量参数。而作为通用的伺服产品，不同设备的负载惯量是不一样的，多数场合是未知的。所以，安装有伺服电机的设备在试运行前时均需要花很长的时间去计算或测量负载惯量。
在现有的伺服产品中，测量负载惯量的方法有两种：离线测量和在线测量。其中，离线测量需要让伺服电机在非工作状态下运行一个指定的路径，然后根据牛顿第二运动定律推算出负载惯量，该方法测量的负载惯量比较准确但需要离线测量。在线测量是在伺服电机工作的同时通过观测器或模型参考自适应的方式间接辨识出负载惯量，该方法测量的负载惯量精度较低且响应速度慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的缺陷，提供一种伺服电机负载惯量的测定方法。在伺服电机工作的前期在线测量出负载惯量，然后根据该负载惯量调整速度环参数，之后就不再进行负载惯量推算。该方案适用于负载惯量不变的应用场合，可使伺服电机试运行时不用设置负载惯量参数也可达到较好的控制性能。
本发明实现发明目的的基本思路：在伺服电机试运行的同时对转速误差进行FFT分析，将分析出的振动频率在预先准备好的二维表格中进行查找，可推算出此振动频率对应的负载惯量，然后再将该负载惯量设置到伺服参数中。整个过程不需要用户进行额外操作，负载惯量推算过程耗时较短。
速度环控制结构中，比例系数KP、积分系数KI和设定惯量Jset为可调整参数，电机惯量JM、负载惯量JL为被控对象参数。对转矩环进行简化：由于内环转矩环的带宽要远大于速度环带宽，所以可以忽略转矩环对速度环的影响，即将转矩环传递函数视为1。
速度环闭环传递函数为
Figure BDA0001908049620000021
为了使速度环性能不受负载惯量的影响，通常需要设置Jset＝JM+JL，即(JM+JL)/Jset＝1。在选定KP、KI的情况下，(JM+JL)/Jset将影响速度环性能。速度环的超调和自然频率呈一定规律变化：(JM+JL)/Jset增大，超调增大，自然频率降低。
本发明就是利用上述规律通过测量速度环自然频率来确定(JM+JL)/Jset，从而推算出负载惯量JL。
本发明伺服电机负载惯量的测定方法，其步骤如下：
步骤1.制作速度环的自然频率fn与JL/JM值的二维表格
设定Jset＝JM，则(JM+JL)/Jset＝1+JL/JM。
其中，Jset为设定惯量，JM为电机惯量，JL为负载惯量。
通过仿真或实测的方法，测量不同JL/JM时速度环的自然频率fn。自然频率fn的测量方法有两种：一是测量振动周期T并计算出自然频率fn＝1/T。二是对采集的速度误差波形进行FFT分析，幅值最大处的频率即为自然频率fn。
将自然频率fn与JL/JM值制作成二维表格。
步骤2.推算负载惯量
在实际电机运行过程中也设定Jset＝JM。
通过对采集的速度误差进行FFT分析并找出自然频率fn，然后在二维表格中通过线性插值的方法计算出JL/JM，从而推算出负载惯量JL。
本发明方法，可用于在线推算负载惯量，伺服电机不需要运行特定的曲线也不需要注入谐波；由于惯量参数不匹配引起的振动频率较低，所以不会受到机械谐振等因素的影响；实际操作中，自然频率fn与JL/JM值的二维表格可以通过实际系统测试绘出，自然频率与负载惯量关系的准确度高。
附图说明：
图1是速度环控制框图。
图2是(JM+JL)/Jset对速度环阶跃响应的影响曲线图。
图3是(JM+JL)/Jset对速度环频率特性的影响曲线图。
图4是自然频率fn与JL/JM的关系曲线。
图5是负载惯量测定实施框图。
图6是负载惯量测定流程图。
图7是FFT分析曲线图。
图8是使用本发明方法测定惯量前后的速度环阶跃响应对比图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明方法作进一步详细说明。
实施例：
以图1中的控制框图为实施对象，电机惯量JM为1e-4kgm2。在伺服出厂状态下，比例系数KP为200，积分系数KI为100，Jset＝JM。现通过以下步骤测定负载惯量JL并调整设定惯量Jset。
步骤1：制作速度环的自然频率fn与JL/JM值的二维表格。
本步骤在伺服出厂前进行。
按照图1，在Matlab中搭建仿真模型，分别设置参数JM为1e-4、KP为200、KI为100、Jset为1e-4。
设置负载惯量JL为0，进行阶跃响应仿真，如图2所示。测量图中振动周期并计算自然振动频率fn。使用同样的方法，分别测量不同负载惯量JL时的自然振动频率fn，并记录于下表中。并将该表保存于伺服的非掉电丢失存储器中。
Figure BDA0001908049620000041
Figure BDA0001908049620000051
步骤2：推算负载惯量
本步骤在伺服出厂后使用过程中进行，实施框图如图5所示，实施流程如图6所示。
伺服出厂状态下，伺服电机驱动负载，负载惯量未知。对采集的速度误差进行FFT分析，如图7所示。幅值最大的频率约为11Hz。在图4中进行查表并线性插值，得出JL≈2.2JM。然后设置Jset＝JM+JL＝3.2JM后结束实施流程。图8为负载惯量推算前后的速度阶跃响应对比。可用于在线推算负载惯量，即伺服电机不需要运行特定的曲线也不需要注入谐波。
由于惯量参数不匹配引起的振动频率较低，所以不会受到机械谐振等因素的影响。
实际操作中，查找表格可以通过实际系统测试绘出，自然频率与负载惯量关系的准确度高。
通过模型仿真或实测的方法，将自然振动频率与负载惯量的关系绘制成二维表格。在伺服电机运行过程中，对速度误差进行FFT分析并找出自然频率，通过查表的方式推算出负载惯量。

Claims (1)

1.一种伺服电机负载惯量的测定方法，其步骤如下：
步骤1. 制作速度环的自然频率fn与JL/JM值的二维表格：
设定Jset=JM，则(JM+JL)/Jset =1+JL/JM ；其中，Jset为设定惯量，JM为电机惯量 ，JL为负载惯量；
测量不同JL/JM时速度环的自然频率fn；
将自然频率fn与JL/JM值对应制作成二维表格；
步骤2. 推算负载惯量
在实际电机运行过程中也设定Jset=JM ；
通过对采集的速度误差进行FFT分析并找出自然频率fn，然后在二维表格中通过线性插值的方法计算出JL/JM，从而推算出负载惯量JL；
所述的速度环的自然频率fn的测量方法：测量振动周期T并计算出自然频率fn=1/T
或
对采集的速度误差波形进行FFT分析，幅值最大处的频率即为自然频率fn。
CN201811540757.4A 2018-12-17 2018-12-17 一种伺服电机负载惯量的测定方法 Active CN109510543B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811540757.4A CN109510543B (zh) 2018-12-17 2018-12-17 一种伺服电机负载惯量的测定方法
PCT/CN2019/086545 WO2020124934A1 (zh) 2018-12-17 2019-05-13 一种伺服电机负载惯量的测定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811540757.4A CN109510543B (zh) 2018-12-17 2018-12-17 一种伺服电机负载惯量的测定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109510543A CN109510543A (zh) 2019-03-22
CN109510543B true CN109510543B (zh) 2021-04-23

Family

ID=65752718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811540757.4A Active CN109510543B (zh) 2018-12-17 2018-12-17 一种伺服电机负载惯量的测定方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN109510543B (zh)
WO (1) WO2020124934A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109510543B (zh) * 2018-12-17 2021-04-23 南京埃斯顿自动化股份有限公司 一种伺服电机负载惯量的测定方法
CN113992113A (zh) * 2021-11-09 2022-01-28 广东美的智能科技有限公司 电机的负载惯量的确定方法和装置、电机组件和存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101231207A (zh) * 2008-01-24 2008-07-30 南京埃斯顿自动控制技术有限公司 交流伺服系统的转动惯量辨识方法
JP2010158123A (ja) * 2008-12-27 2010-07-15 Sinfonia Technology Co Ltd モータの制御装置
JP5351550B2 (ja) * 2009-02-20 2013-11-27 三菱重工業株式会社 工作機械および加工方法
CN106194470A (zh) * 2016-08-30 2016-12-07 潍柴动力股份有限公司 一种发动机喷射角度的修正方法及修正装置
CN106476811A (zh) * 2016-10-31 2017-03-08 安徽江淮汽车集团股份有限公司 一种整车负载计算的控制方法及系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7109679B2 (en) * 2004-03-09 2006-09-19 Hr Textron, Inc. Damping for electromechanical actuators
JP3796261B1 (ja) * 2005-12-02 2006-07-12 山洋電気株式会社 モータの負荷イナーシャ推定方法
CN102820844A (zh) * 2012-09-20 2012-12-12 南京埃斯顿自动化股份有限公司 一种柔性臂振动抑制方法
US9998053B2 (en) * 2015-09-01 2018-06-12 Rockwell Automation Technologies, Inc. System and method for improved motor drive tuning
US10291166B2 (en) * 2017-03-13 2019-05-14 Rockwell Automation Technologies, Inc. System and method of single parameter ratiometric tuning for motor drives
CN107394784B (zh) * 2017-08-30 2020-05-15 无锡信捷电气股份有限公司 一种陷波滤波器在线谐振抑制参数优化方法
CN109510543B (zh) * 2018-12-17 2021-04-23 南京埃斯顿自动化股份有限公司 一种伺服电机负载惯量的测定方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101231207A (zh) * 2008-01-24 2008-07-30 南京埃斯顿自动控制技术有限公司 交流伺服系统的转动惯量辨识方法
JP2010158123A (ja) * 2008-12-27 2010-07-15 Sinfonia Technology Co Ltd モータの制御装置
JP5351550B2 (ja) * 2009-02-20 2013-11-27 三菱重工業株式会社 工作機械および加工方法
CN106194470A (zh) * 2016-08-30 2016-12-07 潍柴动力股份有限公司 一种发动机喷射角度的修正方法及修正装置
CN106476811A (zh) * 2016-10-31 2017-03-08 安徽江淮汽车集团股份有限公司 一种整车负载计算的控制方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An IPMSM torque/weight and torque/moment of inertia ratio optimization;M. Caruso et al.;《2014 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion》;20140807;第31-36页 *
电动伺服系统电流环设计;胡勤丰 等;《电源学报》;20111130(第6期);第74-78页 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020124934A1 (zh) 2020-06-25
CN109510543A (zh) 2019-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Atkinson et al. Observers for induction motor state and parameter estimation
CN109510543B (zh) 一种伺服电机负载惯量的测定方法
JP5490151B2 (ja) 電気機械の回転子の回転子軸の位置情報を決定するための方法、装置およびコンピュータプログラム
CN107193218B (zh) 仿真装置、仿真方法、控制程序以及记录介质
Lee et al. Improved velocity estimation for low-speed and transient regimes using low-resolution encoders
CN109541028A (zh) 一种风力机叶片裂纹位置定位检测方法及系统
CN104009696B (zh) 一种基于滑模控制的交互式模型参考自适应速度与定子电阻的辨识方法
CN104201967B (zh) 一种采用自抗扰控制技术的网络化永磁同步电机时延补偿和控制方法
US20180210407A1 (en) Control device, control program, and control system
JPWO2014196003A1 (ja) 周波数応答測定装置
JP4973665B2 (ja) 電動機制御装置と出力フィルタ調整方法および出力フィルタ調整装置
CN107395083A (zh) Pmlsm伺服控制系统位置与速度估计方法及装置
CN105867113A (zh) 一种伺服控制器、伺服控制系统及伺服控制方法
CN107678276B (zh) 一种基于转台控制的自适应复合控制方法
CN101799337A (zh) 永磁同步电动机齿槽转矩的自动检测方法
CN110504880A (zh) 一种磁通切换永磁直线电机干扰观测前馈补偿控制方法
US20220286070A1 (en) Motor inductance measurement device, motor drive system, and motor inductance measurement method
CN110768600A (zh) 一种pmsm无速度传感器转子检测方法
CN102577082B (zh) 至少用于确定旋转或者直线同步电机的转子位置的方法
Khalid et al. Sensor less control of DC motor using Kalman filter for low cost CNC machine
CN106169895B (zh) 一种永磁直线同步电机电气参数测量方法
JP3697484B2 (ja) 磁力支持天秤装置における動的力評価システム
CN106849773B (zh) 一种永磁同步电机伺服惯量系统辨识方法
CN105811830A (zh) 基于数据统计和数值优化的永磁同步电机模型建模方法
CN114785216A (zh) 一种自适应增益滑模观测器设计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant