一种伺服系统的转动惯量辨识方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术适用于伺服电机技术领域，提供了一种伺服系统的转动惯量辨识方法及装置。该方法包括：获取电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的电磁转矩，计算负载转矩和库仑摩擦力矩；在电机加速阶段，采样第一起始速度至第一结束速度之间电机的速度和电流；在电机减速阶段，采样第二起始速度至第二结束速度之间电机的速度和电流；根据在所述电机加速阶段采样得到的速度和电流、在所述电机减速阶段采样得到的速度和电流，以及所述负载转矩和所述库仑摩擦力矩计算伺服系统的转动惯量。本发明专利技术能够消除摩擦因素和速度因素对计算转动惯量的影响，提高转动惯量的辨识准确度，并且能够减少运算量，提高辨识效率。

Method and device for identifying rotary inertia of servo system

The invention is applicable to the technical field of servo motors, and provides a method for identifying the inertia of a servo system and a device thereof. The method includes: obtaining the positive trend of motor speed electromagnetic torque and motor speed reverse trend to zero the electromagnetic torque to zero, calculation of load torque and Coulomb friction torque; in the acceleration phase of motor speed and current sampling, the first starting speed to the first end of the speed between the motor; the motor deceleration stage, second speed to start sampling second end of motor speed and current speed; depending on the motor acceleration phase sampling speed and current, the slowdown in the motor phase sampling speed and current, moment of inertia and the load torque and the Coulomb friction torque calculation of servo system. The invention can eliminate the influence of friction factors and speed factors on the calculation of the rotary inertia, improve the identification accuracy of the inertia moment, and reduce the calculation amount and improve the identification efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种伺服系统的转动惯量辨识方法及装置
本专利技术属于伺服电机
，尤其涉及一种伺服系统的转动惯量辨识方法及装置。
技术介绍
随着电力电子技术、电机控制技术的发展和稀土材料的运用，伺服电机和伺服驱动器越来越多的运用到航空航天、数控机床、机器人等高精密控制行业。对于伺服系统来说，伺服系统的转动惯量对于系统具有非常大的影响。伺服系统的转动惯量直接影响系统环路的控制参数，不合适的转动惯量值会对伺服系统造成很大的影响，因此，能够准确地辨识伺服系统的转动惯量对于伺服系统来说意义重大。目前伺服系统的转动惯量辨识方法主要包括离线转动惯量辨识方法和在线转动惯量辨识方法。其中，在线惯量辨识方法一般使用最小二乘法、自适应方法、卡尔曼滤波方法等算法进行惯量辨识。在线惯量辨识方法往往运算量比较大，而且都是基于模型的辨识方法，在模型等效过程中，往往忽略摩擦的影响，而摩擦对于整个伺服系统来说影响很大，不能直接忽略，因此辨识出的转动惯量不够准确。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供了一种伺服系统的转动惯量辨识方法及装置，旨在解决目前转动惯量辨识方法的计算不够准确且运算量较大的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种伺服系统的转动惯量辨识方法，包括：获取电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的电磁转矩，计算负载转矩和库仑摩擦力矩；在电机加速阶段，采样第一起始速度至第一结束速度之间电机的速度和电流；在电机减速阶段，采样第二起始速度至第二结束速度之间电机的速度和电流；根据在所述电机加速阶段采样得到的速度和电流、在所述电机减速阶段采样得到的速度和电流，以及所述负载转矩和所述库仑摩擦力矩计算伺服系统的转动惯量。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种伺服系统的转动惯量辨识装置，包括：处理单元，用于获取电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的电磁转矩，计算负载转矩和库仑摩擦力矩；采样单元，用于在电机加速阶段，采样第一起始速度至第一结束速度之间电机的速度和电流；在电机减速阶段，采样第二起始速度至第二结束速度之间电机的速度和电流；所述处理单元，还用于根据在所述电机加速阶段采样得到的速度和电流、在所述电机减速阶段采样得到的速度和电流，以及所述负载转矩和所述库仑摩擦力矩计算伺服系统的转动惯量。本专利技术实施例中，根据电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的电磁转矩计算负载转矩和库仑摩擦力矩，采样电机加速阶段和电机减速阶段的速度和电流，通过将两次采样的运动方程做差消去粘滞摩擦系数的影响，计算转动惯量。本专利技术实施例能够消除摩擦因素和速度因素对计算转动惯量的影响，提高转动惯量的辨识准确度，并且能够减少运算量，提高辨识效率。附图说明图1是本专利技术实施例提供的伺服系统的转动惯量辨识方法的实现流程图；图2是本专利技术实施例提供的伺服系统的转动惯量辨识方法的电机正向与反向趋近于零时的速度和电流的波形示意图；图3是本专利技术实施例提供的伺服系统的转动惯量辨识方法的电机加速阶段和电机减速阶段的采样示意图；图4是本专利技术实施例提供的伺服系统的转动惯量辨识方法的对多次得到转动惯量取平均值的实现流程图；图5是本专利技术实施例提供的伺服系统的转动惯量辨识装置的结构框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。图1为本专利技术实施例提供的伺服系统的转动惯量辨识方法的实现流程图，详述如下：在S101中，获取电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的电磁转矩，计算负载转矩和库仑摩擦力矩。在本实施例中，可以控制电机分别进行正向和反向转动。如图2所示，优选地，先控制电机正向转动，速度从零开始逐渐增大，再减速到速度为零；再控制电机反向转动，速度从零开始逐渐增大，再减速到速度为零。根据电机速度正向趋近于零时和电机速度反向趋近于零时的电流，结合电机的其他参数计算得出电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的电磁转矩。所得到的电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的电磁转矩用于计算负载转矩和库仑摩擦力矩。作为本专利技术的一个实施例，所述计算负载转矩和库仑摩擦力矩的过程可以具体为：建立摩擦模型，如下式所示：f＝Fcsgn(ω)+Bω(1)其中，f为摩擦力，Fcsgn(ω)为库仑摩擦力，Fc为恒定的库仑摩擦力矩，ω为电机转动的速度，sgn(ω)为ω的符号函数，Bω为粘滞摩擦力，B为粘滞摩擦力系数。该摩擦模型是通过对库仑摩擦力和粘滞摩擦力等效构建的。库仑摩擦力大小恒定，方向与电机运行方向相反。粘滞摩擦力其大小与电机速度成正比，方向与电机运行方向相反。等效后的摩擦力可以表示为电机转速的函数。根据式(1)的摩擦模型可以得到电机的运动方程为其中，J为转动惯量，Te为电磁转矩，Tl为负载转矩。根据式(2)的电机的运动方程可以得出电机趋近零速时的电机的运动方程为T0＝Tl+Fcsgn(ω)(3)其中，T0为速度趋近零时电机输出的电磁转矩。由式(3)可以看出，库仑摩擦力与电机转动的速度趋近与零时的方向有关。电机速度正向趋近于零时sgn(ω)取值为+1，电机速度反向趋近于零时sgn(ω)取值为-1。因此，根据式(3)可以得出电机速度正向趋近于零时的运动方程和电机速度反向趋近于零时的运动方程，如下：其中，T0+为电机速度正向趋近于零时的电磁转矩，T0-为电机速度正向趋近于零时的电磁转矩。根据式(4)可以得出所述负载转矩和所述库仑摩擦力矩的表达式分别为根据式(5)和式(6)，以及之前得到的电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的电磁转矩，即可计算负载转矩和库仑摩擦力矩。在S102中，在电机加速阶段，采样第一起始速度至第一结束速度之间电机的速度和电流；在电机减速阶段，采样第二起始速度至第二结束速度之间电机的速度和电流。在本实施例中，通过采样获得第一起始速度至第一结束速度之间和第二起始速度至第二结束速度之间的速度和电流，用于对加速阶段和减速阶段电机的运动方程进行运算。在减速阶段的采样过程中，判断粘滞摩擦项积分值与加速阶段粘滞摩擦项积分值相等时，结束减速阶段采样。作为本专利技术的一个实施例，所述第一结束速度和所述第二起始速度相同；在所述电机加速阶段采样的速度之和与在所述电机减速阶段采样的速度之和相等。在本实施例中，在电机加速阶段进行采样的第一结束速度等于在电机减速阶段进行采样的第二起始速度。在电机加速阶段和电机减速阶段两次采样阶段的速度之和相等。由此，对两个阶段运动方程的积分式做差时，可以消去粘滞摩擦力系数，使转动惯量的计算结果不受粘滞摩擦力影响，提高转动惯量的辨识准确度。优选地，对电机加速阶段中第一起始速度至第一结束速度之间和电机减速阶段中第二起始速度至第二结束速度之间进行采样的采样周期相同。如图3所示，具体的采样过程可以如下：选取第一起始速度和第一结束速度。在电机加速阶段，检测电机运行速度提高到第一起始速度时开始采样，记录下第一起始速度对应的时间。检测到电机运行速度提高到第一结束速度时结束采样，记录下第一结束速度对应的时间。获取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伺服系统的转动惯量辨识方法，其特征在于，包括：获取电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的电磁转矩，计算负载转矩和库仑摩擦力矩；在电机加速阶段，采样第一起始速度至第一结束速度之间电机的速度和电流；在电机减速阶段，采样第二起始速度至第二结束速度之间电机的速度和电流；根据在所述电机加速阶段采样得到的速度和电流、在所述电机减速阶段采样得到的速度和电流，以及所述负载转矩和所述库仑摩擦力矩计算伺服系统的转动惯量。

【技术特征摘要】
1.一种伺服系统的转动惯量辨识方法，其特征在于，包括：获取电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的电磁转矩，计算负载转矩和库仑摩擦力矩；在电机加速阶段，采样第一起始速度至第一结束速度之间电机的速度和电流；在电机减速阶段，采样第二起始速度至第二结束速度之间电机的速度和电流；根据在所述电机加速阶段采样得到的速度和电流、在所述电机减速阶段采样得到的速度和电流，以及所述负载转矩和所述库仑摩擦力矩计算伺服系统的转动惯量。2.根据权利要求1所述的伺服系统的转动惯量辨识方法，其特征在于，所述计算负载转矩和库仑摩擦力矩的过程具体为：建立摩擦模型f＝Fcsgn(ω)+Bω；其中，f为摩擦力，Fcsgn(ω)为库仑摩擦力，Fc为恒定的库仑摩擦力矩，ω为电机转动的速度，sgn(ω)为ω的符号函数，Bω为粘滞摩擦力，B为粘滞摩擦力系数；根据所述摩擦模型得到电机的运动方程其中，J为转动惯量，Te为电磁转矩，Tl为负载转矩；得出趋近零速时的电机的运动方程为T0＝Tl+Fcsgn(ω)；其中，T0为速度趋近零时电机输出的电磁转矩；根据趋近零速时的电机的运动方程，得出所述负载转矩为所述库仑摩擦力矩为其中，T0+为电机速度正向趋近于零时的电磁转矩，T0-为电机速度正向趋近于零时的电磁转矩。3.根据权利要求1所述的伺服系统的转动惯量辨识方法，其特征在于，所述第一结束速度和所述第二起始速度相同；在所述电机加速阶段采样的速度之和与在所述电机减速阶段采样的速度之和相等。4.根据权利要求1所述的伺服系统的转动惯量辨识方法，其特征在于，所述根据在所述电机加速阶段采样得到的速度和电流、在所述电机减速阶段采样得到的速度和电流，以及所述负载转矩和所述库仑摩擦力矩计算伺服系统的转动惯量具体为：根据在所述电机加速阶段采样得到的速度和电流、所述负载转矩和所述库仑摩擦力矩，得出：其中，ω0为所述第一起始速度，t0为所述第一起始速度对应的时间，ω1为所述第一结束速度，t1为所述第一结束速度对应的时间，Ts为采样周期，N1为采样个数；根据在所述电机减速阶段采样得到的速度和电流、所述负载转矩和所述库仑摩擦力矩，得出：其中，ω2为所述第二起始速度，t2为所述第二起始速度对应的时间，ω3为所述第二结束速度，t3为所述第二结束速度对应的时间，Ts为采样周期，N2为采样个数；得出所述转动惯量为：5.根据权利要求1所述的伺服系统的转动惯量辨识方法，其特征在于，还包括：设置多个相对应的第一起始速度和第一结束速度、以及第二起始速度和第二结束速度，对电机的速度和电流进行采样，计算所述转动惯量；对多次计算得到的所述转动惯量取平均值，作为所述伺服系统的转动惯量。6.一种伺服系统的转动惯量辨识装置，其特征在于，包括：处理单元，用于获取电机速度正向趋近于零时的电磁转矩和电机速度反向趋近于零时的...

【专利技术属性】
技术研发人员：章健，骆鹏，
申请(专利权)人：深圳市伟创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44