電氣傳動系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電氣傳動系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)估計(jì)方法，該方法是基于電機(jī)矢量控制原理，通過先確定電流內(nèi)環(huán)參數(shù)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速外環(huán)參數(shù)的方法來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)高精度的控制效果；電流內(nèi)環(huán)的控制參數(shù)跟電機(jī)系統(tǒng)自身參數(shù)有關(guān)，轉(zhuǎn)速外環(huán)的參數(shù)與整個傳動鏈轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，其中：轉(zhuǎn)速外環(huán)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于轉(zhuǎn)動慣量的求得；具體包括：一、確定控制系統(tǒng)電流內(nèi)環(huán)參數(shù)；二、實(shí)驗(yàn)估計(jì)轉(zhuǎn)動慣量。本發(fā)明為高精度的電機(jī)控制系統(tǒng)提供參數(shù)設(shè)置的依據(jù)，提高控制系統(tǒng)研發(fā)效率并作為電機(jī)控制中自適應(yīng)參數(shù)辨識的重要組成部分。
【專利說明】電氣傳動系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域中電機(jī)運(yùn)動控制的應(yīng)用，具體地，涉及一種電氣傳動系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電氣傳動系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于人類生產(chǎn)與生活中，如提升機(jī)系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、船舶推進(jìn)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等。目前，高精度的電氣拖動控制系統(tǒng)通常應(yīng)用矢量控制技術(shù)，需要對電機(jī)參數(shù)有精確的了解。然而，在通常情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量這一重要參數(shù)并不明確，需要在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前對轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行精確估計(jì)。
[0003]轉(zhuǎn)動慣量是剛體在轉(zhuǎn)動過程中慣性大小的量度，它與剛體的總質(zhì)量、形狀和轉(zhuǎn)軸的位置等因素有關(guān)，對于形狀較為簡單的剛體，可以通過數(shù)學(xué)的方法計(jì)算它繞特定軸的轉(zhuǎn)動慣量。但是，在電機(jī)拖動系統(tǒng)中，尤其是隨著電動機(jī)功率的增大，往往存在齒輪箱等機(jī)械轉(zhuǎn)軸，使得整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量耦合因素較多，用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行精確計(jì)算非常困難，這給高精度的電機(jī)控制帶來了困擾。因此，為了得到精確的電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，實(shí)現(xiàn)高精度的電機(jī)控制，滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和快速性，研究拖動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)測量方法有其重要意義。
[0004]經(jīng)檢索，申請(專利)號:01130057.4，名稱:異步電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量辨識方法，該發(fā)明涉及一種異步電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量辨識方法，包括以下步驟:采用轉(zhuǎn)矩矢量控制方法，控制電機(jī)以恒定角加速度從角速度O1空載運(yùn)行到角速度，記錄運(yùn)行時間At ;采用速度矢量控制方法，控制電機(jī)以恒定角速度空載穩(wěn)速運(yùn)行，根據(jù)這時的轉(zhuǎn)矩電流分量十算電磁轉(zhuǎn)矩值從而得出電機(jī)的摩擦轉(zhuǎn)矩T tl,再根據(jù)運(yùn)行時間△ t和摩擦轉(zhuǎn)矩Ttl計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量J0該發(fā)明只適用于異步電機(jī)，且需計(jì)算摩擦轉(zhuǎn)矩，使用上不是簡單方便，控制精度不夠。
[0005]經(jīng)檢索，申請(專利)號:200810018783.0，名稱:交流伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量辨識方法，該專利提供一種交流伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量辨識方法，將負(fù)載慣量與電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量看做一個整體慣量，伺服系統(tǒng)進(jìn)行加減速運(yùn)動，得出此段時間內(nèi)的系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩和電機(jī)平均轉(zhuǎn)速，由系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩得到伺服系統(tǒng)平均轉(zhuǎn)矩，再根據(jù)電機(jī)平均轉(zhuǎn)速、伺服系統(tǒng)平均轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)加減速運(yùn)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(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。該發(fā)明提供了一種永磁同步伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量估計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)簡單方便，但是該方法僅適用于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量估計(jì)，方法不具一般性。
[0006]經(jīng)檢索，申請(專利)號:201110374048.5，名稱:一種測量傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量的方法，提供了一種測量傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量的方法，屬于軋制過程自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，傳動裝置控制電機(jī)啟動，電機(jī)帶動卷取機(jī)工作；低速運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)使傳動機(jī)械設(shè)備處于熱運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，所述的傳動機(jī)械設(shè)備包括電機(jī)、減速機(jī)和卷取機(jī)；計(jì)算傳動機(jī)械設(shè)備的摩擦轉(zhuǎn)矩:繪制轉(zhuǎn)速-摩擦轉(zhuǎn)矩曲線；設(shè)置輸出轉(zhuǎn)矩限幅Mtl，測試傳動機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)動慣量；分別計(jì)算得到幾組轉(zhuǎn)動慣量，去掉其中的奇異點(diǎn)取剩下幾組的平均值作為最終傳動機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)動慣量。該發(fā)明同樣不具一般性，應(yīng)用范疇不廣。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種電氣傳動系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)估計(jì)方法，該方法為高精度的電機(jī)控制系統(tǒng)提供參數(shù)設(shè)置的依據(jù)，提高控制系統(tǒng)研發(fā)效率并作為電機(jī)控制中自適應(yīng)參數(shù)辨識的重要組成部分。
[0008]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種電氣傳動系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)估計(jì)方法，該方法是基于電機(jī)矢量控制原理，通過先確定電流內(nèi)環(huán)參數(shù)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速外環(huán)參數(shù)的方法來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)高精度的控制效果；電流內(nèi)環(huán)的控制參數(shù)跟電機(jī)系統(tǒng)自身參數(shù)有關(guān)，轉(zhuǎn)速外環(huán)的參數(shù)與整個傳動鏈轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，其中:轉(zhuǎn)速外環(huán)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于轉(zhuǎn)動慣量的獲得，具體的:
[0009]一、確定控制系統(tǒng)電流內(nèi)環(huán)參數(shù)
[0010]電流內(nèi)環(huán)參數(shù)的設(shè)定首先要寫出系統(tǒng)關(guān)于電流狀態(tài)量的傳遞函數(shù)，通過將其傳函等效為二階“最優(yōu)”模型進(jìn)行理論參數(shù)設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)的方法對理論參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)試，以滿足電流快速性與穩(wěn)定性的綜合指標(biāo)；通過電流內(nèi)環(huán)參數(shù)的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)勵磁電流與轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制；
[0011]二、實(shí)驗(yàn)估計(jì)轉(zhuǎn)動慣量
[0012]轉(zhuǎn)動慣量的估計(jì)基于電機(jī)的運(yùn)動方程:
【權(quán)利要求】
1.一種電氣傳動系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)估計(jì)方法，其特征在于，該方法是基于電機(jī)矢量控制原理，通過先確定電流內(nèi)環(huán)參數(shù)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速外環(huán)參數(shù)的方法來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)高精度的控制效果；電流內(nèi)環(huán)的控制參數(shù)跟電機(jī)系統(tǒng)自身參數(shù)有關(guān)，轉(zhuǎn)速外環(huán)的參數(shù)與整個傳動鏈轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，其中:轉(zhuǎn)速外環(huán)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于轉(zhuǎn)動慣量的獲得，具體的: 一、確定控制系統(tǒng)電流內(nèi)環(huán)參數(shù) 電流內(nèi)環(huán)參數(shù)的設(shè)定首先要寫出系統(tǒng)關(guān)于電流狀態(tài)量的傳遞函數(shù)，通過將其傳函等效為二階“最優(yōu)”模型進(jìn)行理論參數(shù)設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)的方法對理論參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)試，以滿足電流快速性與穩(wěn)定性的綜合指標(biāo)；通過電流內(nèi)環(huán)參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)勵磁電流與轉(zhuǎn)矩電流的解稱控制； 二、實(shí)驗(yàn)估計(jì)轉(zhuǎn)動慣量 轉(zhuǎn)動慣量的估計(jì)基于電機(jī)的運(yùn)動方程:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣傳動系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)估計(jì)方法，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)估計(jì)轉(zhuǎn)動慣量的具體步驟如下: (1)首先投入勵磁電流環(huán)，在電機(jī)磁場建立以后，即勵磁電流實(shí)際值達(dá)到給定值以后進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)階躍給定，并通過設(shè)置轉(zhuǎn)速環(huán)限幅作為輸出轉(zhuǎn)矩的限幅值Tel使電機(jī)從零速恒轉(zhuǎn)矩啟動，空載運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速將以恒定斜率增加，記錄運(yùn)行速度Q1與達(dá)到該轉(zhuǎn)速所經(jīng)歷的時間h，此時:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電氣傳動系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)估計(jì)方法，其特征在于，所述(3)中，數(shù) 據(jù)處理采用平均值或最小二乘法。
【文檔編號】H02P21/14GK103595327SQ201310539669
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】朱淼, 王鵬 申請人:朱淼, 王鵬