技術領域

本發明說與交流伺服系統的運動控制，具體為一種交流伺服系統的慣量辨識方法。

背景技術

隨著現代化工業的不斷發展，交流伺服控制系統的應用越來越廣泛，而高性能的全數字化伺服控制系統是當代交流伺服控制系統發展的趨勢，這種系統被廣泛應用在高精度數控機床、機器人、特種加工裝備和精細進給系統中，因此對其性能的要求也越來越高，尤其是在軍用領域和機器人系統中，要求伺服控制系統具有高速度、高精度、高可靠性及高抗干擾能力。由于集高速運算能力和面向電機的高效控制能力于一體的數字信號處理芯片DSP的應用，基于DSP的永磁同步電機交流伺服控制系統逐步成為交流伺服控制系統的主流。交流伺服系統的工作性能受電機參數及負載擾動的影響很大，尤其是轉動慣量，轉動慣量的增加將導致系統動態響應變慢，會對系統的機械特性造成明顯的影響，因此控制系統有必要對其轉動慣量進行辨識，并采取相應的措施對系統進行有效的控制，但是一個物體的轉動慣量，是個很難直接測量的非電物理量。

交流伺服系統的轉動慣量包括負載慣量與電機的轉子慣量，由于電機的轉動慣量和負載轉矩在同一個機械運動方程中，即電機的運動方程：

Tm-TL=J×dωmdt]]>

其中Tm：電機力矩；T_L：負載轉矩；J：系統轉動慣量；ωm：電機角速度

而負載轉矩與轉動慣量一樣，也是個很難直接測量的非電物理量，有待辨識，且電機的轉動慣量只與電機的運動方程有關，因此，在負載轉矩不知道的情況下，在線辨識系統轉動慣量比較困難。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：交流伺服控制系統需要辨識系統的轉動慣量，而系統轉動慣量是一個無法直接測量的非電物理量，在線辨識比較困難。

本發明的技術方案是：交流伺服系統的轉動慣量辨識方法，將負載慣量與電機的轉子慣量看做一個整體慣量，伺服系統進行加減速運動，得出此段時間內的系統輸出轉矩和電機平均轉速，由系統輸出轉矩得到伺服系統平均轉矩，再根據電機平均轉速、伺服系統平均轉矩和系統加減速運行的總時間，得到所述整體慣量的值，即辨識出交流伺服系統的轉動慣量。

在大多數場合中，負載慣量值是電機轉子自身轉動慣量的幾倍至十幾倍，甚至幾十倍，而永磁同步電機PMSM有良好的轉矩性能和動態響應，其動態響應主要受負載慣量的影響，因此在辨識系統轉動慣量時，可將負載慣量與電機的轉子慣量看做一個整體慣量，通過系統輸出轉矩和加減速時間的關系，得到這個整體慣量的值，實現轉動慣量的辨識，然后根據此慣量數值對伺服系統參數進行相應調整，從而達到最優的控制。

本發明具體實現步驟為：

1)系統伺服使能，設定加、減速過程時間，加、減速兩個時間相等；

2)設定電機加速的最高速度及電機加速過程中的最高速度；

3)設定加減速循環次數；

4)開始進行系統慣量辨識，電機以一次加速時間常數進行加速運行，設定的加速時間后到達設定的最高速度；

5)以一次減速時間常數進行減速運行，設定時間到達后電機速度減為0轉/分；

6)在加。減運行過程中，每隔設定時間的單位時間進行一次輸出電流的檢測，并且把此電流存儲到電流寄存器中；

7)判斷加減速運動次數，如果循環沒有達到設定的次數，則進入流程4)，如果循環次數達到，則進入流程8)；

8)根據電流寄存器的數據得到在設定的循環運行時間內，驅動器輸出到電機的總電流；

9)根據驅動器輸出總電流與轉矩的關系得到系統輸出轉矩：

系統輸出轉矩＝輸出電流×力矩系數

力矩系數可由查表得出；

10)根據流程9)得到的系統輸出轉矩和系統運行總時間，得到伺服系統平均轉矩；

11)根據設定的加速時間和速度，得到系統運行過程中的平均轉速；

12)將負載慣量與電機的轉子慣量看做一個整體慣量，根據電機平均轉速、伺服系統平均轉矩和系統進行加減速運動的時間，得到整體慣量的值，即辨識出交流伺服系統的轉動慣量：