永磁同步电机转动惯量辨识算法的研究

摘要

为了提高交流伺服系统的性能，非常有必要研究系统参数变化对控制系统的影响，其中转动惯量参数的变化是影响伺服系统性能的最主要外部因素，当伺服系统运行于动态工作过程中，转动惯量值突然减小会造成转速震荡，其值突然增加，会造成转速响应速度降低，限制转速环带宽，所以非常有必要对系统转动惯量值进行实时辨识。将参数辨识理论应用于永磁同步电机转动惯量辨识的研究当中，准确、实时的辨识出系统转动惯量值，并将其反馈至伺服系统控制器当中，通过参数自整定技术来增强系统的抗干扰性及鲁棒性。
　　本文研究重点是基于梯度法的永磁同步电机转动惯量辨识算法的研究，主要研究内容如下:
　　本文首先对永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型及控制策略进行简要介绍，又以一具有转速环的伺服控制系统为例，详细分析了转动惯量的变化对系统动态性能的影响，阐述了研究惯量辨识技术的重要性以及必要性。
　　然后对梯度校正法的原理及其收敛性进行详细分析，推导出三种不同离散化方法下的惯量辨识模型，并将不同的模型与梯度法相结合，得到了基于梯度法的永磁同步电机惯量辨识算法，在Matlab/Simulink环境下对惯量辨识算法的有效性及性能进行仿真验证，在此过程中对几种影响惯量辨识效果的因素进行详细分析，并对不同离散化方法下的辨识效果进行对比。
　　最后，搭建实验软硬件平台，对基于梯度法的惯量辨识算法进行试验验证。算法中的相关参数以及伺服系统转速指令通过Labview上位机界面发送至DSP处理器。实验结果验证了本文第三、四章结论的正确性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1课题的研究背景和意义

1．2转动惯量辨识技术在国内外发展现状

1．3本文主要研究内容

2伺服系统的转动惯量对其性能的影响

2．1永磁同步电机数学模型及矢量控制策略

2．1．1永磁同步电机数学模型

2．1．2永磁同步电机矢量控制策略

2．2转动惯量的变化对系统动态性能的影响

2．2．1不同转动惯量下系统的动态性能

2．2．2转动惯量的突然改变对系统动态性能的影响

2．2．3转动惯量对系统频率特性的影响

2．3惯量匹配的问题

2．4本章小结

3基于梯度校正法的转动惯量辨识算法的设计

3．1系统辨识的基本原理

3．2基于梯度校正法的转动惯量辨识算法的设计

3．2．1梯度法的基本原理

3．2．2梯度算法的收敛性分析

3．2．3转动惯量辨识模型的建立

3．3本章小结

4基于梯度校正法的转动惯量辨识算法的研究与设计

4．1定惯量下的惯量辨识仿真

4．1．2系数λ对辨识过程的影响

4．1．3算法输入矩阵φT(k)对辨识过程的影响

4．1．4转矩噪声对辨识过程的影响

4．2变惯量下的惯量辨识仿真

4．2．1变惯量仿真下的永磁同步电机模型

4．2．2变惯量下的惯量辨识结果

4．3本章小结

5基于梯度法的转动惯量辨识算法实验验证

5．1硬件系统介绍

5．2软件系统的设计

5．2．1主程序设计

5．2．2 EPWM中断程序设计

5．2．3 SVPWM程序设计

5．2．4 SCI数据接收中断程序

5．2．5基于Labview的上位机程序设计

5．3实验结果

5．3．1试验平台的搭建

5．3．2惯量盘的设计

5．3．3在定惯量辨识情况下的实验结果

5．3．4实验结果的分析

5．4本章小结

6．1总结

6．2今后工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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