基于直流电机-负载动力学模型的物理参数在线辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于直流电机

【技术实现步骤摘要】
基于直流电机
‑
负载动力学模型的物理参数在线辨识方法


[0001]本专利技术属于参数辨识
，特别涉及一种基于直流电机
‑
负载动力学模型的物理参数在线辨识方法。

技术介绍

[0002]参数辨识是一种通过系统的理论模型和所得到的实验数据相结合来预测模型未知参数的方法，该方法可提高模型未知参数预测的精确度，目前受到了学者们的广泛关注。
[0003]直流电机具有响应快、起动转矩大等良好的工作特性，在控制系统中常被用作执行元件。直流电机的动力学模型是针对电机进行控制、优化、仿真的前提，而物理参数又是动力学模型的必要组成部分。更为重要的是，直流电机的高性能运行需要系统精确的物理参数作为支持，因此获取到模型中精确的物理参数至关重要。
[0004]目前一般采用离线辨识方法辨识电机的物理参数，但在直流电机运行过程中，由于温度、湿度等因素的影响会导致电机的物理参数发生变化，因此采用离线辨识方法对直流电机
‑
负载系统的物理参数进行辨识难以保证其精确度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种基于直流电机
‑
负载动力学模型的物理参数在线辨识方法，解决了现有离线辨识方法对直流电机
‑
负载系统的物理参数进行辨识难以保证其精确度的技术问题，本专利技术通过不断更新辨识结果提高了辨识值的精确度，可为直流电机
‑
负载系统的高性能工作提供强有力保障。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于直流电机
‑
负载动力学模型的物理参数在线辨识方法，包括：
[0008]S1根据直流电机
‑
负载的动力学特性，得到直流电机
‑
负载的动力学模型；
[0009]S2将直流电机
‑
负载的动力学模型中的待辨识物理参数和电机状态参数进行分离，将直流电机
‑
负载的动力学模型转换为待辨识物理参数矩阵和电机状态参数矩阵相乘的形式；
[0010]S3根据相乘形式的直流电机
‑
负载的动力学模型，确定自适应在线辨识算法；自适应在线辨识算法中包含待辨识物理参数矩阵估计值的自适应律；
[0011]S4利用自适应在线辨识算法不断更新待辨识物理参数矩阵估计值，直至待辨识物理参数的估计误差收敛时，完成物理参数的辨识。
[0012]进一步的，步骤S1中，直流电机
‑
负载的动力学模型为：
[0013][0014]其中，是电机转角的速度，是电机转角的加速度，u
m
为电机控制输入，J
a
＝J
m
+J
l
，J
m
为电机转动惯量，J
l
为负载转动惯量，B
a
＝B
m
+B
l
，B
m
为电机端粘性阻尼系数，B
l
为负载端粘性阻尼系数，J
a
和B
a
均是大于零的常数，即待辨识的物理参数。
[0015]进一步的，步骤S2中，将直流电机
‑
负载的动力学模型转换为如下待辨识物理参数
矩阵和电机状态参数矩阵相乘的形式：
[0016]Y
T
A＝u
m
；
[0017]其中，A为待辨识物理参数矩阵A＝[J
a B
a
]T
，Y为电机状态参数矩阵，
[0018]进一步的，步骤S3中，待辨识物理参数矩阵估计值的自适应律为：
[0019][0020]其中，表示的导数，为待辨识物理参数矩阵A的估计值，γ为大于0的常数。
[0021]进一步的，步骤S3还包括，确定自适应在线辨识算法后，证明待辨识物理参数矩阵估计值的自适应律能够使待辨识物理参数的估计误差收敛。
[0022]进一步的，证明待辨识物理参数矩阵估计值的自适应律能够使待辨识物理参数的估计误差收敛的方法如下：
[0023]定义待辨识物理参数矩阵的估计误差
[0024]根据待辨识物理参数矩阵估计值的自适应律，得到的导数为：
[0025][0026]构建Lyapunov函数则
[0027]根据LaSalle引理，当t
→
∞时，可得到和即待辨识物理参数的估计误差收敛。
[0028]进一步的，步骤S4中，待辨识物理参数的估计误差其中，为J
a
的估计值，为B
a
的估计值，和根据求积分得到。
[0029]进一步的，步骤S4中，将待辨识物理参数的估计误差收敛时的待辨识物理参数的估计值作为物理参数的辨识值。
[0030]进一步的，步骤S1～S5基于MATLAB仿真实现。
[0031]本专利技术与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：
[0032](1)本专利技术针对直流电机
‑
负载动力学模型设计了未知物理参数自适应在线辨识算法，通过不断更新辨识结果提高了辨识值的精确度；
[0033](2)本专利技术所设计的自适应辨识算法简单，易于实现，未知物理参数辨识值的精确度高，可为直流电机
‑
负载系统的高性能工作提供强有力保障；
[0034](3)本专利技术适用范围广，也可用于电机驱动的飞行器气动舵面负载力矩的在线辨识。
附图说明
[0035]图1为本专利技术基于直流电机
‑
负载动力学模型未知物理参数的在线辨识方法的流程图；
[0036]图2为本专利技术未知物理参数在线辨识值与所取真值仿真图；其中，(a)为J
a
和随时间的变化，(b)为B
a
和随时间的变化；
[0037]图3为本专利技术未知物理参数在线辨识值与所取真值的误差仿真图；其中(a)为J
a
的估计误差(辨识误差)随时间的变化，(b)为B
a
的估计误差(辨识误差)随时间的变化。
具体实施方式
[0038]下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0039]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0040]本专利技术提供一种基于直流电机
‑
负载动力学模型的物理参数自适应在线辨识方法，提高对未知物理参数辨识的精确度，从而改善电机的控制性能，提高电机的运行效率。
[0041]本专利技术一种基于直流电机
‑
负载动力学模型的物理参数在线辨识方法，该方法包括以下步骤：
[0042]步骤一：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于直流电机
‑
负载动力学模型的物理参数在线辨识方法，其特征在于，包括：S1根据直流电机
‑
负载的动力学特性，得到直流电机
‑
负载的动力学模型；S2将直流电机
‑
负载的动力学模型中的待辨识物理参数和电机状态参数进行分离，将直流电机
‑
负载的动力学模型转换为待辨识物理参数矩阵和电机状态参数矩阵相乘的形式；S3根据相乘形式的直流电机
‑
负载的动力学模型，确定自适应在线辨识算法；自适应在线辨识算法中包含待辨识物理参数矩阵估计值的自适应律；S4利用自适应在线辨识算法不断更新待辨识物理参数矩阵估计值，直至待辨识物理参数的估计误差收敛时，完成物理参数的辨识。2.根据权利要求1所述的一种基于直流电机
‑
负载动力学模型的物理参数在线辨识方法，其特征在于，步骤S1中，直流电机
‑
负载的动力学模型为：其中，是电机转角的速度，是电机转角的加速度，u
m
为电机控制输入，J
a
＝J
m
+J
l
，J
m
为电机转动惯量，J
l
为负载转动惯量，B
a
＝B
m
+B
l
，B
m
为电机端粘性阻尼系数，B
l
为负载端粘性阻尼系数，J
a
和B
a
均是大于零的常数，即待辨识的物理参数。3.根据权利要求2所述的一种基于直流电机
‑
负载动力学模型的物理参数在线辨识方法，其特征在于，步骤S2中，将直流电机
‑
负载的动力学模型转换为如下待辨识物理参数矩阵和电机状态参数矩阵相乘的形式：Y
T
A...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贵东，季宁，刘金琨，豆国辉，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：