一种大型望远镜拼接弧线电机参数辨识及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种大型望远镜拼接弧线电机参数辨识及其控制方法，步骤包括：拼接弧线电机是静压支撑；拼接弧线电机轴上装有位置传感器，用于计算机械角速度和电角速度；驱动控制电路上有电压和电流传感器，用于检测相电流和相电压及母线电压；辨识模块有AFFRLS子模块，用于辨识电阻、电感、磁链、转动惯量及粘滞摩擦系数；辨识模块中有EKF观测器，用于观测负载转矩，并解耦出AFFRLS子模块所需的输入负载转矩；根据辨识结果在线改变速度控制器及电流控制器的控制参数。本发明专利技术通过对遗忘因子的自适应动态调控，在线辨识出拼接弧线电机参数，并在跟踪过程中实时改变拼接弧线电机控制器参数，满足大型望远镜低速、高精度运行的需求。高精度运行的需求。高精度运行的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种大型望远镜拼接弧线电机参数辨识及其控制方法


[0001]本专利技术属于大型望远镜拼接轴系驱动控制
，具体涉及一种大型望远镜拼接弧线电机参数辨识及其控制方法。

技术介绍

[0002]大口径望远镜必须有很高的分辨率和良好的跟踪性能才能保证望远镜观测图像的质量和跟踪天体的精确度。为了收集来自遥远天体暗弱、微小的信号以满足人类探测深空需求，天文望远镜的口径越来越大，其跟踪架结构和驱动方式也随之改进，电机结构也在不断创新发展，为输出更大的力矩，力矩电机半径需进一步增大，转动惯量等电机参数也随之增大，这不仅增加了电机制造的难度，也对轴系跟踪控制提出了更高的要求，为了与国际接轨并不受国外的制约，本单位自主研制了用于大型望远镜轴系驱动的拼接弧线电机。在大型望远镜实际运行过程中，负载转矩容易随外界环境的变化而变化，静压支撑的望远镜其电机粘滞摩擦系数对望远镜轴系驱动控制系统也存在不小的影响。最小二乘法辨识原理简单，易于实现，但实时跟踪能力较差，容易产生数据饱和，设计一种动态遗忘因子最小二乘法(AFFRLS)，使其能根据辨识结果对遗忘因子进行实时修改，能有效解决问题。扩展卡尔曼滤波(EKF)抗噪能力强，当电机系统十分复杂，参数较多，容易出现测量噪声的条件下，EKF观测器能够比较好地辨识电机的参数，大型望远镜拼接弧线电机符合这一特点。因此，有必要设计一种大型望远镜拼接弧线电机参数辨识及其控制方法，使望远镜在跟踪目标的过程中对所用的拼接弧线电机定子电阻、电感、磁链、系统转动惯量、电机粘滞摩擦系数和负载转矩进行在线辨识，并将辨识结果传递给速度控制器及电流控制器，用以实时改变控制参数，从而提高望远镜控制精度和抗干扰能力。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的问题在于提供了一种大型望远镜拼接弧线电机参数辨识及其控制方法，能够满足大型天文望远镜在受到外界干扰或者外部环境引起惯量变化时，实时辨识拼接弧线的参数并将该参数用于望远镜轴系驱动控制参数中，可克服大型望远镜控制系统受外部干扰，影响电机参数引起的望远镜的不稳定运行的因素，满足大型望远镜低速、高精度运行的需求。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种大型望远镜拼接弧线电机参数辨识及其控制方法，步骤如下：
[0005]步骤1)所述的拼接弧线电机是静压支撑的，可根据望远镜口径的大小设计合适尺寸的拼接弧线电机；
[0006]步骤2)所述的拼接弧线电机的转轴上装有高精度位置传感器，用于计算机械角速度和电角速度信息；
[0007]步骤3)驱动控制电路上设计有高精度的电压和电流传感器，用于检测电机的相电流和相电压及母线电压信息；
[0008]输出的电压电流信号经坐标转换实现矢量控制，并计算出电机的电磁转矩，将其与坐标转换输出的电压电流信号，步骤2)输出的机械角速度和电角速度信息作为步骤4)的动态遗忘因子最小二乘法子模块的输入信号；
[0009]步骤4)辨识模块设计有AFFRLS子模块，用于辨识拼接弧线电机的电阻、电感、磁链、转动惯量及粘滞摩擦系数；
[0010]步骤5)辨识模块中设计有EKF观测器，用于观测负载转矩，解耦步骤4)中所需的负载转矩；
[0011]根据步骤2)中的机械角速度，步骤3)中计算的电磁转矩及给转动惯量和粘滞摩擦系数初始赋值作为扩展卡尔曼滤波观测器的输入，利用扩展卡尔曼滤波观测出负载转矩；解耦出的负载转矩作为动态遗忘因子最小二乘法递推公式中所需的转矩输入信号，与步骤3)中的机械角速度和电角速度信息共同作为动态遗忘因子最小二乘法的输入信号辨识出拼接弧线电机的电阻、电感、磁链、转动惯量及粘滞摩擦系数；
[0012]步骤6)根据辨识结果在线改变速度控制器及电流控制器的控制参数，提高望远镜控制精度和抗干扰能力。
[0013]以上方法的优化方案增加有以下步骤：
[0014]7)增加有动态遗忘因子的设计，根据前述的最小二乘法计算的辨识参数误差对遗忘因子实时修改，直至达到最好的收敛状态。
[0015]进一步的，所述步骤3)中输出的电压电流信号经坐标转换实现矢量控制，并计算出电机的电磁转矩。将坐标转换输出的电压电流信号与步骤2)输出的机械角速度和电角速度信息作为步骤4)的AFFRLS子模块的输入信号。
[0016]进一步的，所述步骤5)根据步骤2)中的机械角速度，权利要求2中计算电磁转矩及给转动惯量和粘滞摩擦系数初始赋值作为EKF观测器的输入，利用EKF观测器测量出负载转矩。
[0017]进一步的，权利要求中3解耦出的负载转矩作为AFFRLS递推公式中所需的转矩输入信号，与权利要求2的共同作为AFFRLS的输入信号辨识出拼接弧线电机的电阻、电感、磁链、转动惯量及粘滞摩擦系数。
[0018]进一步的，所述步骤5)中的EKF，选取机械角速度、负载转矩和转动惯量倒数作为状态变量，电磁转矩作为输入向量，选取机械角速度作为输出向量，设计辨识模型参数。
[0019]进一步的，权利要求4中的大型望远镜拼接弧线电机参数辨识及其控制方法，其特征在于：选取电流、电压、电角速度、机械角速度作为观测矩阵参数，坐标转换输出的电流、电磁转矩、负载转矩作为输出量，电机电阻、电感、磁链、转动惯量和粘滞摩擦系数作为待辨识参数，并将转动惯量和粘滞摩擦系数辨识结果输入EKF辨识子模块。
[0020]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)可根据辨识误差实时改变遗忘因子，提高参数辨识精度；2)采用EKF观测器观测出电机的负载转矩用于解耦遗忘因子最小二乘法所需的负载转矩，该算法辨识速度快，辨识结果精度高；3)将实时辨识电机的电阻、电感、磁链、转动惯量及粘滞摩擦系数引入到望远镜轴系驱动控制中，可克服大型望远镜控制系统受外部干扰、影响电机参数引起的望远镜的不稳定运行的因素，满足大型望远镜低速、高精度运行的需求。
附图说明
[0021]图1为拼接弧线电机参数辨识及其控制框图；
[0022]图2为EKF辨识算法实现流程图；
[0023]图3为AFFRLS辨识算法实现流程图；
[0024]图4为AFFRLS中遗忘因子的计算流程图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施实例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]如图1所示，大型天文望远镜拼接弧线电机是静压支撑的，其直径可根据望远镜口径的大小设计合适尺寸的拼接弧线电机进行拼接，可设计安装成合适电机，尺寸越大电机输出转矩越大，轴上装有高精度位置传感器，用于计算望远镜轴系运行中电机的机械角速度和电角速度，一方面可用于实现望远镜驱动控制的速度反馈，另一方面可用于EKF算法和AFFRLS的输入信号。拼接弧线电机驱动控制电路上设计有高精度的电压和电流传感器，检测电机的相电流和相电压及母线电压信息，这些信息经过坐标转换一方面用于矢量控制实现电流反馈，另一方面用于动态遗忘因子最小二乘法的输入信号用于参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型望远镜拼接弧线电机参数辨识及其控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1)所述的拼接弧线电机是静压支撑的，根据望远镜口径的大小设计合适尺寸的拼接弧线电机；步骤2)所述的拼接弧线电机的转轴上装有高精度位置传感器，用于计算机械角速度和电角速度信息；步骤3)驱动控制电路上设计有高精度的电压和电流传感器，用于检测电机的相电流和相电压及母线电压信息；输出的电压电流信号经坐标转换实现矢量控制，并计算出电机的电磁转矩，将其与坐标转换输出的电压电流信号，步骤2)输出的机械角速度和电角速度信息作为步骤4)的动态遗忘因子最小二乘法子模块的输入信号；步骤4)辨识模块设计有动态遗忘因子最小二乘法子模块，用于辨识拼接弧线电机的电阻、电感、磁链、转动惯量及粘滞摩擦系数；步骤5)辨识模块中设计有扩展卡尔曼滤波观测器，用以观测出负载转矩，解耦步骤4)中所需的负载转矩；根据步骤2)中的机械角速度，步骤3)中计算的电磁转矩及给转动惯量和粘滞摩擦系数初始赋值作为扩展卡尔曼滤波观测器的输入，利用扩展卡尔曼滤波观测出负载转矩；解耦出的负载转矩作为动态遗忘因子最小二乘法递推公式中所需的转矩输入信号，与步骤3)中的机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓莉，郭亚伟，刘鑫，曹兆锦，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：