高性能伺服装置负载惯量辨识方法的研究与实现

发布时间：2020-04-29 20:34

【摘要】：伺服装置是机电一体化的核心执行部件,广泛应用在机器人、数控机床等对电机性能要求较高、运行可靠性要求较强的领域。转动惯量是保证伺服系统高性能控制的关键参数。能够辨识出伺服系统负载下的惯量值,对实现控制器参数自整定、提高控制性能、保证动态稳定性具有较高工程应用意义。本文首先介绍了永磁同步电机的数学模型以及矢量控制策略,分析了转动惯量对控制器参数自整的作用,同时对伺服系统的转动惯量模型进行分析。在伺服装置高性能控制的需求背景下,分析了多种惯量辨识方法。考虑伺服系统转动惯量不易测量特性,提出了一种新型的基于改进粒子群算法的惯量辨识方法,能够同时得到系统转动惯量和负载转矩的最优近似值。该方法通过对PMSM数学模型进行转换,将惯量辨识问题抽象为启发型寻优问题,然后利用粒子群算法求解,并针对问题特性对粒子群算法提出了特定改进。利用MATLAB仿真环境验证了辨识算法的可行性与有效性。在伺服系统硬件平台上完成了伺服系统的软件设计。设计了一种包含惯量辨识算法的基于组件的可重构型伺服软件系统。在此基础上,设计并完成了PMSM的惯量辨识实验。实验证明所设计辨识算法成功辨识系统转动惯量值,且能对突变的负载惯量快速响应实时跟踪惯量变化值。最后,将辨识所得惯量值用于控制器参数自整定,明显提高了伺服系统的动态性能和鲁棒性。
【图文】：

（3）忽略永磁材料与电磁产生的阻尼系数（4）永磁材料产生的感应电动势呈正弦且忽略磁场的高次谐波。图2.1 PMSM内部结构图Figure 2.1 PMSM Internal Structure图 2.1 是 PMSM 的内部结构简图，图中 A、B、C 三相绕组呈 120 电角度分布。对于 PMSM 伺服系统，采用固定转子作为参考坐标用于建立数学模型，基于此得到用于伺服控制的 PMSM 模型方程：

实现原理为：根据磁通势不变前提，将电机在 ABC 坐标系的模型方程映射到静止的ab坐标系，再映射至以定子磁场参考旋转的旋转 dq 坐标系。图2.2 ABC坐标系与ab坐标系映射图Figure 2.2 ABC Coordinate System and ab Coordinate System图2.3 ab坐标系与 dq 坐标系映射图Figure 2.3 ab Coordinate System and dq Coordinate System如图 2.2，以 ABC 坐标系下的 a 轴作为ab坐标系下的a轴的基准，，通过坐标
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341

【参考文献】

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本文编号：2644971