CN115655577B - 脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法及装置 - Google Patents

脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法及装置 Download PDF

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CN115655577B CN202211594719.3A CN202211594719A CN115655577B CN 115655577 B CN115655577 B CN 115655577B CN 202211594719 A CN202211594719 A CN 202211594719A CN 115655577 B CN115655577 B CN 115655577B
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Abstract

本发明公开了一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法及装置，其中，方法包括：控制摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动；对于任意一个摆动频率，获取第一时间内每个采样时间摆动阀脉冲器的阀片的实际位置角度，以及每个采样时间永磁同步电机的三相电流；计算得到每个采样时间的交轴电流，以及每个采样时间摆动阀脉冲器的机械角速度；根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到修正系数，并根据修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。通过电动机在有限角度空间内做周期性摆动来测量转子转动惯量和粘滞摩擦系数，克服了传统的电动机需要在连续旋转状态下才能测量转动惯量的局限。

Description

脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法及装置
技术领域
本发明涉及摆动阀脉冲器性能测量技术领域，具体涉及脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法及装置、计算设备及计算机存储介质。
背景技术
随钻测井是指测井仪器在钻进时，对井下的工程参数和地质参数进行测量并上传的过程。在钻进过程中，井下测量传感器测得工程参数及地层参数后，将这些测得的参数（通常为模拟信号），通过数据编码器转换为数字信号。数字信号经过控制电路调制，调制后的控制信号将传递给驱动电路。驱动电路驱动控制电动机运动，电动机按着控制电路给定的控制信号进行运动，带动摆动阀泥浆脉冲发生器转子按照相应的轨迹旋转或摆动，摆动阀脉冲发生器的定转子剪切流经的流体，产生泥浆压力波信号；这些泥浆压力波信号，经过钻杆内泥浆传输到地面立管上，数据采集系统对地面立管上压力传感器进行压力信号采集；通过解调系统对井下的压力信号进行解析，传输上来的泥浆脉冲信号转换为井下工程参数和地层参数。
对于摆动阀脉冲器而言，转子转动惯量和粘滞摩擦系数可以用于分析和求解电动机的机械运动方程，对于摆动阀转子运动控制轨迹的优化及摆动阀脉冲器本身机械结构参数的优化具有十分重要的意义。
目前国内外对于转子转动惯量的测量方法普遍基于电机转子连续旋转的方式，而摆动阀脉冲器由于连接电动机转子和摆动阀阀片的扭杆尾端被固定锁死，且扭杆本身存在机械限位，由此导致与摆动阀脉冲器连接的电动机只能在有限的角度内做摆动，无法进行连续旋转，该方式对于摆动阀脉冲器并不适用。因此无法用常规的方法测量转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法及装置、计算设备及计算机存储介质。
根据本发明的一个方面，提供了一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法，包括：
控制摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动；
对于任意一个摆动频率，获取第一时间内每个采样时间摆动阀脉冲器的阀片的实际位置角度，以及每个采样时间永磁同步电机的三相电流，其中，所述第一时间等于摆动周期的整数倍，同时所述第一时间等于采样周期的整数倍；
根据所述每个采样时间的三相电流计算得到每个采样时间的交轴电流，以及根据所述每个采样时间的实际位置角度计算得到每个采样时间摆动阀脉冲器的机械角速度；
根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
进一步的，所述控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动具体为：
控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照
Figure 533093DEST_PATH_IMAGE001
的正弦运动轨迹运动，其 中，
Figure 249595DEST_PATH_IMAGE002
表示输入位置角度，f表示摆动频率，
Figure 337637DEST_PATH_IMAGE003
表示最大摆动角度，t表示摆动时间，且所述 摆动阀脉冲器的阀片开始摆动时，所述摆动阀脉冲器的阀片位于中心位置。
进一步的，在所述控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动之前，所述方法还包括：
按照位置闭环和直轴电流等于零的控制方式控制与摆动阀脉冲器连接的永磁同步电机。
进一步的，所述根据所述每个时间的三相电流计算得到每个采样时间的交轴电流进一步包括：
根据所述每个采样时间的三相电流，通过三相坐标系至两相静止坐标系的变换，得到两相静止坐标系下的电流；
根据所述两相静止坐标系下的电流，通过两相静止坐标系至两相旋转坐标系的变换，得到变换后的两相旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流；
根据所述变换后的两相旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流，以及直轴电流等于零，计算得到每个采样时间的交轴电流。
进一步的，所述根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数进一步包括：
根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到修正系数集合；
根据所述修正系数集合，利用最小二乘法拟合计算得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
进一步的，所述根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到修正系数集合进一步包括：
遍历摆动频率集合内的任意一个摆动频率，根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数；
根据所述摆动频率集合内的每一个摆动频率对应的修正系数，得到修正系数集合。
进一步的，所述根据所述修正系数集合，利用最小二乘法拟合计算得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数进一步包括：
根据第一修正系数和第二修正系数，利用最小二乘法拟合得到转动惯量，其中，所述第二修正系数等于转动惯量与所述第一修正系数的乘积；
根据第三修正系数和第四修正系数，利用最小二乘法拟合得到粘滞摩擦系数，其中，所述第四修正系数等于粘滞摩擦系数与所述第三修正系数的乘积。
根据本发明的另一方面，提供了一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量装置，包括：
控制模块，用于控制摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动；
采集模块，用于对于任意一个摆动频率，获取第一时间内每个采样时间摆动阀脉冲器的阀片的实际位置角度，以及每个采样时间永磁同步电机的三相电流，其中，所述第一时间等于摆动周期的整数倍，同时所述第一时间等于采样周期的整数倍；
第一计算模块，用于根据所述每个采样时间的三相电流计算得到每个采样时间的交轴电流，以及根据所述每个采样时间的实际位置角度计算得到每个采样时间摆动阀脉冲器的机械角速度；
第二计算模块，用于根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
根据本发明的又一方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法对应的操作。
根据本发明的再一方面，提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行如上述脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法对应的操作。
根据本发明的一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法及装置，具有如下有益效果：
通过电动机在有限角度空间内做周期性摆动来测量转子转动惯量和粘滞摩擦系数，克服了传统的电动机需要在连续旋转状态下才能测量转动惯量的局限。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法的流程示意图；
图2示出了本发明实施例位置闭环控制的流程图；
图3表示利用最小二乘法拟合得到转动惯量的曲线图；
图4表示利用最小二乘法拟合得到粘滞摩擦系数的曲线图；
图5示出了本发明实施例提供的一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量装置的结构示意图；
图6示出了本发明实施例提供的一种计算设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了实施例的本发明一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法的流程图，该方法应用于计算设备中。计算设备包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法对应的操作。如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S110：控制摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动；
步骤S120：对于任意一个摆动频率，获取第一时间内每个采样时间摆动阀脉冲器的阀片的实际位置角度，以及每个采样时间永磁同步电机的三相电流，其中，所述第一时间等于摆动周期的整数倍，同时所述第一时间等于采样周期的整数倍；每个采样时间摆动阀脉冲器的阀片的实际位置角度，以及每个采样时间永磁同步电机的三相电流通过实验记录即可获得；
步骤S130：根据所述每个采样时间的三相电流计算得到每个采样时间的交轴电流，以及根据所述每个采样时间的实际位置角度计算得到每个采样时间摆动阀脉冲器的机械角速度；
步骤S140：根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
在一种可选的方式中，步骤S110控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动具体为：
控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照
Figure 870249DEST_PATH_IMAGE004
的正弦运动轨迹运动，其 中，
Figure 210095DEST_PATH_IMAGE005
表示输入位置角度，f表示摆动频率，
Figure 410132DEST_PATH_IMAGE006
表示最大摆动角度，t表示摆动时间，且所述 摆动阀脉冲器的阀片开始摆动时，所述摆动阀脉冲器的阀片位于中心位置。
在一种可选方式中，在所述控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动之前，所述方法还包括：
按照位置闭环的控制方式控制与摆动阀脉冲器连接的永磁同步电机；
该可选方式中，对驱动摆动阀脉冲器摆动的永磁同步电机采用位置闭环的控制方 式（如图2所示）进行控制时，通过调节控制器的参数可以确保阀片的实际位置角度
Figure 669075DEST_PATH_IMAGE007
较为 准确的跟踪输入的输入位置角度
Figure 564350DEST_PATH_IMAGE008
；具体的，设定第一时间为
Figure 566941DEST_PATH_IMAGE009
，采样周期为
Figure 762430DEST_PATH_IMAGE010
，摆动频率 为f，
Figure 457854DEST_PATH_IMAGE011
摆动频率集合
Figure 230638DEST_PATH_IMAGE012
，则
Figure 145242DEST_PATH_IMAGE013
为摆动周期
Figure 54292DEST_PATH_IMAGE014
的整数倍，且
Figure 655038DEST_PATH_IMAGE015
，也即第 一时间T内有N个采样周期，根据前述位置闭环的控制方式可知，当控制误差为0时，第i个采 样时间的实际位置角度
Figure 790484DEST_PATH_IMAGE016
表示如下：
Figure 134877DEST_PATH_IMAGE017
（式一）
其中，t表示摆动时间，且所述摆动阀脉冲器的阀片开始摆动时，所述摆动阀脉冲器的阀片位于中心位置。
在一种可选的方式中，在所述控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动之前，所述方法还包括：
按照直轴电流等于零的控制方式控制与摆动阀脉冲器连接的永磁同步电机。
所述根据所述每个采样时间的三相电流计算得到每个采样时间的交轴电流进一步包括：
根据所述每个采样时间的三相电流，通过三相坐标系至两相静止坐标系的变换，得到两相静止坐标系下的电流；
根据所述两相静止坐标系下的电流，通过两相静止坐标系至两相旋转坐标系的变换，得到变换后的两相旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流；
根据所述变换后的两相旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流，以及直轴电流等于零，计算得到每个采样时间的交轴电流。
具体的，摆动阀脉冲器选择的电动机一般为SPM（表贴式永磁同步电机），控制方法 采用最大转矩电流比控制，即控制过程中保持直轴电流
Figure 164013DEST_PATH_IMAGE018
，由于直轴电流等于零，因 此根据前述记录的三相电流通过三相坐标系至两相静止坐标系的变换（Clark变换）以及两 相静止坐标系至两相旋转坐标系的变换（Park变换），从而可以计算得到对应的交轴电流。
具体的，设定第i个采样时间的三相电流分别为
Figure 76606DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 292823DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 440908DEST_PATH_IMAGE021
，则根据三相电流通过 Clark变换可以得到两相静止坐标系下的电流
Figure 58971DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 408044DEST_PATH_IMAGE023
，根据
Figure 111558DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 797754DEST_PATH_IMAGE025
通过Park变换可以得到 两相旋转坐标系下的直轴电流
Figure 912734DEST_PATH_IMAGE026
和交轴电流
Figure 291763DEST_PATH_IMAGE027
，具体的：
Figure 748152DEST_PATH_IMAGE028
Figure 113405DEST_PATH_IMAGE029
；
其中，
Figure 440481DEST_PATH_IMAGE030
表示电机A相绕组方向转动至转子N极方向所经过的电角度，根据上述变 换及
Figure 255991DEST_PATH_IMAGE031
即可计算出交轴电流
Figure 809463DEST_PATH_IMAGE032
。
计算出交轴电流后，根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数。
在一可选方式中，所述根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数进一步包括：
根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到修正系数集合；
根据所述修正系数集合，利用最小二乘法拟合计算得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
其中，所述根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到修正系数集合进一步包括：
遍历摆动频率集合内的任意一个摆动频率，根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数；
根据所述摆动频率集合内的每一个摆动频率对应的修正系数，得到修正系数集合。
其中，所述根据所述修正系数集合，利用最小二乘法拟合计算得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数进一步包括：
根据第一修正系数和第二修正系数，利用最小二乘法拟合得到转动惯量，其中，所述第二修正系数等于转动惯量与所述第一修正系数的乘积；
根据第三修正系数和第四修正系数，利用最小二乘法拟合得到粘滞摩擦系数，其中，所述第四修正系数等于粘滞摩擦系数与所述第三修正系数的乘积。
具体的，摆动阀脉冲器在空气中摆动（此时水力转矩为0）的机械运动方程为：
Figure 368620DEST_PATH_IMAGE033
(式二)
其物理意义可以描述为输出的电磁转矩
Figure 815782DEST_PATH_IMAGE034
等于惯性力、扭轴的弹性力、粘滞摩擦 力之和，其中：摆动阀位于中心位置时为
Figure 146400DEST_PATH_IMAGE035
的初始时刻，
Figure 577382DEST_PATH_IMAGE036
为转子的转动惯量，
Figure 409071DEST_PATH_IMAGE037
为第 i个采样时间的摆动阀脉冲器的机械角速度，
Figure 615800DEST_PATH_IMAGE038
为扭轴的弹性系数，
Figure 241953DEST_PATH_IMAGE039
为第i个采样时间的 摆动阀片所在位置的实际位置角度，
Figure 894651DEST_PATH_IMAGE040
为粘滞摩擦系数。
由于采用最大转矩电流比控制，因此输出的电磁转矩
Figure 405398DEST_PATH_IMAGE041
可以通过如下式计算得 到：
Figure 827152DEST_PATH_IMAGE042
（式三）
其中
Figure 889786DEST_PATH_IMAGE043
为电动机的电磁转矩系数，与电动机自身的结构参数有关，
Figure 639567DEST_PATH_IMAGE044
为交轴电 流，由前述可知，可以由三相电流经过Clark变换和Park变换计算后得到；
因此，将式一和式三带入式二，可得：
Figure 344218DEST_PATH_IMAGE045
（式四）
另外，在式一的左右两边同时乘以
Figure 761424DEST_PATH_IMAGE046
后，在时间T（
Figure 994959DEST_PATH_IMAGE047
）内求积分，可得：
Figure 356671DEST_PATH_IMAGE048
（式五）
将
Figure 993842DEST_PATH_IMAGE049
以及式一带入式五等号右边第三项，可得：
Figure 390189DEST_PATH_IMAGE050
（式六）
将式三、式一和式六带入式四，同时，对式四的两边同乘以
Figure 794625DEST_PATH_IMAGE051
后，在时间T内求积分，可得：
Figure 518999DEST_PATH_IMAGE052
Figure 34294DEST_PATH_IMAGE053
（式七）
在式七中，
Figure 285146DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure 1430DEST_PATH_IMAGE055
、
Figure 337733DEST_PATH_IMAGE056
为已知量，
Figure 656719DEST_PATH_IMAGE058
为步骤S120中获取的实际位置角度，
Figure 903024DEST_PATH_IMAGE059
可以由步骤S120中获取的三相电流经过Clark变换和Park变换计算后得到，式七表示实 际位置角度
Figure 649263DEST_PATH_IMAGE060
、交轴电流
Figure 472862DEST_PATH_IMAGE061
和转动惯量J的关系式。
同理，将式二的两边同时乘以
Figure 235020DEST_PATH_IMAGE062
后，在时间T内求积分可得：
Figure 460465DEST_PATH_IMAGE063
（式八）
将式一带入式八等号右边第一项，可得：
Figure 252971DEST_PATH_IMAGE064
（式九）
将式一带入式八等号右边第二项，可得：
Figure 563867DEST_PATH_IMAGE065
（式十）
将式三、式九和式十带入式八，可得：
Figure 490235DEST_PATH_IMAGE066
（式十一）
式十一表示机械角速度
Figure 179973DEST_PATH_IMAGE067
、交轴电流
Figure 533594DEST_PATH_IMAGE068
和粘滞摩擦系数
Figure 66207DEST_PATH_IMAGE069
的关系式。
对于任一频率，采集的该频率下每个采样时间的实际位置角度以及三相电流均为 离散数据，因此通过实际位置角度计算得到的机械角速度
Figure 671631DEST_PATH_IMAGE070
以及交轴电流
Figure 340510DEST_PATH_IMAGE071
均为离散数 据，设定
Figure 865032DEST_PATH_IMAGE072
，也即第一时间T内有N个采样周期
Figure 884941DEST_PATH_IMAGE073
，则式七可以表示为：
Figure 529942DEST_PATH_IMAGE074
（式十二）
根据式十二，可得转动惯量J的计算式为：
Figure 318907DEST_PATH_IMAGE075
（式十三）
式十一可以表示为：
Figure 14330DEST_PATH_IMAGE076
（式十四）
根据式十四，可得粘滞摩擦系数
Figure 131322DEST_PATH_IMAGE077
的计算式为：
Figure 203183DEST_PATH_IMAGE078
（式十五）
由于式十三和式十五是在控制误差为零，也即
Figure 112233DEST_PATH_IMAGE079
的假设条件下得 到的，然而受控制精度的限制，在实际情况中，控制误差不可能为零，因此为进一步减小误 差，引入了第一修正系数x、第二修正系数y、第三修正系数z、第四修正系数w四个修正系数， 且第一修正系数x、第二修正系数y、第三修正系数z、第四修正系数w分别表示如下：
Figure 588345DEST_PATH_IMAGE080
；
Figure 582846DEST_PATH_IMAGE081
；
Figure 333764DEST_PATH_IMAGE082
；
Figure 97321DEST_PATH_IMAGE083
；
其中，
Figure 868968DEST_PATH_IMAGE084
表示第i个采样时间的实际位置角度
Figure 350765DEST_PATH_IMAGE085
，
Figure 138330DEST_PATH_IMAGE086
表示第i个采样 时间的机械角速度，
Figure 756393DEST_PATH_IMAGE087
表示第i个采样时间的交轴电流；因此对于任一摆动频率，第一时间 内的i个采样时间，每个采样时间均对应一个实际位置角度，机械角速度以及交轴电流，从 而根据x、y、z、w的计算式，可以得到每个摆动频率下的修正系数x、y、z、w的值。
通过依次选择摆动频率集合
Figure 964521DEST_PATH_IMAGE088
内的其他摆动频率，在同样的第一时间T内，需要满足第一时间为每个摆动频率对应的摆动周期的整数倍，可以得到每个摆动频率对应的修正系数，从而可以得到修正系数集合。
根据第一修正系数x和第二修正系数y的关系，可以得到
Figure 543401DEST_PATH_IMAGE089
，根据第三修 正系数z和第四修正系数w的关系，可得
Figure 495176DEST_PATH_IMAGE090
，因此，修正系数集合中x和y的关系如式 十六，修正系数集合中z和w的关系如式十七：
Figure 233325DEST_PATH_IMAGE091
（式十六）
Figure 222141DEST_PATH_IMAGE092
（式十七）
根据前述计算得到的每个摆动频率对应的x和y值，对式十六进行最小二乘法拟合 可以得到摆动阀转子的轴系转动惯量值
Figure 412951DEST_PATH_IMAGE093
，根据前述计算得到的每个摆动频率对应的z和w 值，对式十七进行最小二乘法拟合可以得到摆动阀摆动过程中的粘滞摩擦系数
Figure 168417DEST_PATH_IMAGE094
。
为了验证采用本发明方法得到的转动惯量值
Figure 636439DEST_PATH_IMAGE095
和粘滞摩擦系数
Figure 186369DEST_PATH_IMAGE096
的准确性，进行 了如下实验验证：
选用摆动阀脉冲器按照
Figure 864475DEST_PATH_IMAGE097
的正弦运动轨迹控制摆动阀转 子运动，选择摆动频率范围为
Figure 892473DEST_PATH_IMAGE098
的20种频率进行采样，并计算相应的
Figure 976186DEST_PATH_IMAGE099
，分别对
Figure 697018DEST_PATH_IMAGE100
和
Figure 862420DEST_PATH_IMAGE101
做最小二乘拟合，拟合 结果如图3和图4所示：
从图3可以看出，通过不同频率下计算的x、y两组数据线性相关度较高，符合
Figure 569476DEST_PATH_IMAGE102
中两者的正比关系，拟合得到的转动惯量值为
Figure 871144DEST_PATH_IMAGE103
，拟合后离差的 平方和的最小值为0.99877；通过SolidWorks软件建模计算得到转动惯量值为0.002137
Figure 762877DEST_PATH_IMAGE104
；因此拟合得到的转动惯量同SolidWorks软件建模计算得到转动惯量值对比，两者 十分接近，验证了该种方法计算的准确性。
从图4可以看出，通过不同频率下计算的z、w两组数据线性相关度较高，符合
Figure 556520DEST_PATH_IMAGE105
中两者的正比关系，拟合得到的粘滞摩擦系数为
Figure 926322DEST_PATH_IMAGE106
，拟合后离差 的平方和的最小值为0.99615。
本发明通过电动机在有限角度空间内做周期性摆动来测量转子转动惯量和粘滞摩擦系数，克服了传统的电动机需要在连续旋转状态下才能测量转动惯量的局限。
图5示出了本发明一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量装置实施例的结构示意图。如图5所示，该装置包括：控制模块210、采集模块220、第一计算模块230和第二计算模块240，其中：
控制模块210用于控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动；
采集模块220用于对于任意一个摆动频率，获取第一时间内每个采样时间摆动阀脉冲器的阀片的实际位置角度，以及每个采样时间永磁同步电机的三相电流，其中，所述第一时间等于摆动周期的整数倍，同时所述第一时间等于采样周期的整数倍；
第一计算模块230用于根据所述每个采样时间的三相电流计算得到每个采样时间的交轴电流，以及根据所述每个采样时间的实际位置角度计算得到每个采样时间摆动阀脉冲器的机械角速度；
第二计算模块240用于根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
在一种可选的方式中，控制模块210控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动具体为：
控制模块210控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照
Figure 348076DEST_PATH_IMAGE107
的正弦运动轨 迹运动，其中，
Figure 410710DEST_PATH_IMAGE108
表示输入位置角度，f表示摆动频率，
Figure 426070DEST_PATH_IMAGE109
表示最大摆动角度，t表示摆动时 间，且所述摆动阀脉冲器的阀片开始摆动时，所述摆动阀脉冲器的阀片位于中心位置。
在一种可选方式中，在控制模块210控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动之前，还包括：
按照位置闭环的控制方式控制与摆动阀脉冲器连接的永磁同步电机；
该可选方式中，对驱动摆动阀脉冲器摆动的永磁同步电机采用位置闭环的控制方 式进行控制时，通过调节控制器的参数可以确保阀片的实际位置角度
Figure 865142DEST_PATH_IMAGE110
较为准确的跟踪输 入的输入位置角度
Figure 141402DEST_PATH_IMAGE111
；具体的，设定第一时间为
Figure 14418DEST_PATH_IMAGE112
，采样周期为
Figure 376129DEST_PATH_IMAGE113
，摆动频率为f，
Figure 228679DEST_PATH_IMAGE114
摆 动频率集合
Figure 625025DEST_PATH_IMAGE115
，则
Figure 29462DEST_PATH_IMAGE116
为摆动周期
Figure 19414DEST_PATH_IMAGE014
的整数倍,且
Figure 534709DEST_PATH_IMAGE117
，也即第一时间T内 有N个采样周期，根据前述位置闭环的控制方式可知，当控制误差为0时，第i个采样时间的 实际位置角度
Figure 785562DEST_PATH_IMAGE118
表示如下：
Figure 360900DEST_PATH_IMAGE017
（式一）
其中，t表示摆动时间，且所述摆动阀脉冲器的阀片开始摆动时，所述摆动阀脉冲器的阀片位于中心位置。
在一种可选的方式中，在所述控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动之前，还包括：
按照直轴电流等于零的控制方式控制与摆动阀脉冲器连接的永磁同步电机。
第一计算模块230根据所述每个采样时间的三相电流计算得到每个采样时间的交轴电流进一步包括：
第一计算模块230根据所述每个采样周期的三相电流，通过三相坐标系至两相静止坐标系的变换，得到两相静止坐标系下的电流；
第一计算模块230根据所述两相静止坐标系下的电流，通过两相静止坐标系至两相旋转坐标系的变换，得到变换后的两相旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流；
第一计算模块230根据所述变换后的两相旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流，以及直轴电流等于零，计算得到每个采样时间的交轴电流。
计算出交轴电流后，根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数。
在一可选方式中，第二计算模块240根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数进一步包括：
第二计算模块240根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到修正系数集合；
第二计算模块240根据所述修正系数集合，利用最小二乘法拟合计算得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
其中，第二计算模块240根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到修正系数集合进一步包括：
遍历摆动频率集合内的任意一个摆动频率，根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数；
根据所述摆动频率集合内的每一个摆动频率对应的修正系数，得到修正系数集合。
其中，第二计算模块240根据所述修正系数集合，利用最小二乘法拟合计算得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数进一步包括：
根据第一修正系数和第二修正系数，利用最小二乘法拟合得到转动惯量，其中，所述第二修正系数等于转动惯量与所述第一修正系数的乘积；
根据第三修正系数和第四修正系数，利用最小二乘法拟合得到粘滞摩擦系数，其中，所述第四修正系数等于粘滞摩擦系数与所述第三修正系数的乘积。
具体的，通过依次选择摆动频率集合
Figure 572570DEST_PATH_IMAGE119
内的其他摆动频率，在同样的第一时间T内，需要满足第一时间为每个摆动频率对应的摆动周期的整数倍，可以得到每个摆动频率对应的第一修正系数x、第二修正系数y、第三修正系数z和第四修正系数w，从而可以得到修正系数集合。
根据x和y的关系，可以得到
Figure 157135DEST_PATH_IMAGE120
，根据z和w的关系，可得
Figure 262494DEST_PATH_IMAGE121
，因此，根 据前述计算得到的每个摆动频率对应的x和y值，对式十六进行最小二乘法拟合可以得到摆 动阀转子的轴系转动惯量值
Figure 385564DEST_PATH_IMAGE122
，根据前述计算得到的每个摆动频率对应的z和w值，对式十 七进行最小二乘法拟合可以得到摆动阀摆动过程中的粘滞摩擦系数
Figure 209164DEST_PATH_IMAGE123
。
本发明实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有至少一可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法。
图6示出了本发明一种计算设备实施例的结构示意图，本发明具体实施例并不对计算设备的具体实现做限定。
如图6所示，该计算设备可以包括：处理器(processor)402、通信接口(Communications Interface)404、存储器(memory)406、以及通信总线408。
其中：处理器402、通信接口404、以及存储器406通过通信总线408完成相互间的通信。通信接口404，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器402，用于执行程序410，具体可以执行上述用于计算设备的脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法实施例中的相关步骤。
具体地，程序410可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
处理器402可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit），或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量装置包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。
存储器406，用于存放程序410。存储器406可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。
程序410具体可以用于使得处理器402执行上述任意方法实施例中的脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法。
在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器（DSP）来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序（例如，计算机程序和计算机程序产品）。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

Claims (10)

1.一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法，其特征在于，包括：
控制摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动；
对于任意一个摆动频率，获取第一时间内每个采样时间摆动阀脉冲器的阀片的实际位置角度，以及每个采样时间永磁同步电机的三相电流，其中，所述第一时间等于摆动周期的整数倍，同时所述第一时间等于采样周期的整数倍；
根据所述每个采样时间的三相电流计算得到对应的交轴电流，以及根据所述每个采样时间的实际位置角度计算得到每个采样时间摆动阀脉冲器的机械角速度；
根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动具体为：
控制所述摆动阀脉冲器的阀片按照
Figure 594647DEST_PATH_IMAGE001
的正弦运动轨迹运动，其 中，
Figure 777366DEST_PATH_IMAGE002
表示输入位置角度，f表示摆动频率，
Figure 88262DEST_PATH_IMAGE003
表示最大摆动角度，t表示摆动时间，且所述 摆动阀脉冲器的阀片开始摆动时，所述摆动阀脉冲器的阀片位于中心位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述控制摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动之前，所述方法还包括：
按照位置闭环和直轴电流等于零的控制方式控制与摆动阀脉冲器连接的永磁同步电机。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个采样时间的三相电流计算得到每个采样时间的交轴电流进一步包括：
根据所述每个采样时间的三相电流，通过三相坐标系至两相静止坐标系的变换，得到两相静止坐标系下的电流；
根据所述两相静止坐标系下的电流，通过两相静止坐标系至两相旋转坐标系的变换，得到变换后的两相旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流；
根据所述变换后的两相旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流，以及直轴电流等于零，计算得到每个采样时间的交轴电流。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数进一步包括：
根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到修正系数集合；
根据所述修正系数集合，利用最小二乘法拟合计算得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到修正系数集合进一步包括：
遍历摆动频率集合内的任意一个摆动频率，根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数；
根据所述摆动频率集合内的每一个摆动频率对应的修正系数，得到修正系数集合。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述修正系数集合，利用最小二乘法拟合计算得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数进一步包括：
根据第一修正系数和第二修正系数，利用最小二乘法拟合得到转动惯量，其中，所述第二修正系数等于转动惯量与所述第一修正系数的乘积；
根据第三修正系数和第四修正系数，利用最小二乘法拟合得到粘滞摩擦系数，其中，所述第四修正系数等于粘滞摩擦系数与所述第三修正系数的乘积。
8.一种脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量装置，其特征在于，包括：
控制模块，用于控制摆动阀脉冲器的阀片按照正弦运动轨迹进行运动；
采集模块，用于对于任意一个摆动频率，获取第一时间内每个采样时间摆动阀脉冲器的阀片的实际位置角度，以及每个采样时间永磁同步电机的三相电流，其中，所述第一时间等于摆动周期的整数倍，同时所述第一时间等于采样周期的整数倍；
第一计算模块，用于根据所述每个采样时间的三相电流计算得到每个采样时间的交轴电流，以及根据所述每个采样时间的实际位置角度计算得到每个采样时间摆动阀脉冲器的机械角速度；
第二计算模块，用于根据与摆动阀脉冲器相连接的电机输出的电磁转矩，计算得到该摆动频率下对应的修正系数，并根据所述修正系数得到脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数。
9.一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法对应的操作。
10.一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的脉冲器的转子转动惯量和粘滞摩擦系数的测量方法对应的操作。
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