基于模糊自适应控制的有刷直流电机参数辨识方法

摘要

本发明所述的一种基于模糊自适应控制的有刷直流电机参数辨识方法，通过给定有刷直流电机中高频正弦电枢电流指令，经模糊自适应PI控制，得到电流环的Kp、Ki，用来进行电机参数辨识闭环控制。给定两次幅值不同的中高频方波电枢电流指令，根据采集的稳态下平顶端电枢电流

说明书

技术领域

本发明涉及有刷直流电机控制技术领域，特别涉及一种基于模糊自适应控制的有刷直流电机参数辨识方法。

背景技术

有刷直流电机(BDC)由于其控制方式简单，可以实现平滑而经济地调速，仍较多的使用在高精度伺服控制系统中。电流环控制在稳定高效的伺服控制系统起着关键作用。而电流环自整定需要事先知道电机的本体参数，同时前馈补偿等各种补偿算法也离不开准确的本体参数，因此有刷直流电机的参数辨识至关重要。

由于有刷直流电机的特殊结构，通入电压即可旋转，因而有刷直流电机离线参数辨识一直是个难点。目前，有刷直流电机参数辨识技术较少，且难以在电机静止下进行。因此，亟需一种安全可靠、具备通用性的有刷直流电机离线参数辨识策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于模糊自适应控制的有刷直流电机参数辨识方法，能够可靠准确的在电机静止情况下对有刷直流电机参数进行辨识，且具备通用性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于模糊自适应控制的有刷直流电机参数辨识方法，其特点是，包括：基于模糊自适应PI控制，输入频率值为f

优选地，所述模糊自适应PI控制采用二维模糊控制器，具体步骤包括如下：

1)模糊化处理取电枢电流误差e和误差变化率

式中：x为实际输入精确量，范围为[a,b]，y为论域区间连续量，范围为[-3,3]；

2)根据模糊规则进行模糊推理

选用三角形隶属函数描述模糊集合，分别计算e、

根据PI控制的规律，制定K

取控制规则表中输入变量隶属度的较小值作为输出变量的隶属度，分别得到K

3)去模糊化得到K

采用重心法进行解模糊，通过如下公式确定K

优选地，利用得到的K

优选地，采集两次注入方波平顶端电枢电流，经过均值滤波得到稳态下平顶端电枢电流

优选地，通过差分法确定电机电枢电阻R

优选地，利用得到的K

根据采集的电枢电流i

其中，

优选地，利用得到的K

其中，

优选地，所述电流信号幅值A

一种基于模糊自适应控制的有刷直流电机参数辨识方法，具体包括以下步骤：

步骤一：建立有刷直流电机的电枢电压数学模型：

步骤二：建立二维模糊自适应PI控制器，输入I

步骤三：固定电流环参数，分别输入I

步骤四：采集两次注入方波平顶端电枢电流，经过均值滤波得到稳态下平顶端电枢电流

利用差分法，可有效削弱逆变器非线性和电流噪声等影响，计算得到电机电枢电阻R

步骤五：建立带遗忘因子的最小二乘法数学模型为：

其中，

步骤六：给定I

根据采集的电枢电流i

其中，

步骤七：进行I

其中，

本发明的技术方案是：基于模糊自适应控制的有刷直流电机参数辨识方法，通过给定有刷直流电机中高频正弦电枢电流指令，经过模糊自适应PI控制，得到电流环的Kp、Ki，以此用来进行电机参数辨识闭环控制。给定两次幅值不同的中高频方波电枢电流指令，根据采集的稳态下平顶端电枢电流

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

(1)本发明采用基于模糊自适应PI控制的有刷直流电机参数辨识方法，辨识过程简单可靠，具备通用性。

(2)本发明为闭环离线参数辨识，电流可控，安全性高，除辨识反电势常数外，电机不会旋转，适用于不同场合。

(3)本发明可在极宽电流范围下(10％～100％额定电流下)进行自适应PI整定以及参数辨识，辨识力度可调节，且辨识结果一致性好。

附图说明

图1是参数辨识结构框图；

图2是模糊自适应PI控制器矢量控制框图；

图3是描述模糊集合的三角形隶属函数；

图4是模糊控制电流环Kp控制规则表；

图5是模糊控制电流环Ki控制规则表；

图6是模糊自适应PI控制器控制流程图；

图7是电阻辨识控制框图；

图8是电阻辨识一实例，方波电枢电流；

图9是电感辨识控制框图；

图10是电感辨识一实例，正弦电枢电流；

图11是反电势常数控制框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

一种基于模糊自适应控制的有刷直流电机参数辨识方法，其结构如图1所示，具体包括以下步骤：

(1)建立有刷直流电机的电枢电压数学模型：

上式中：u

(2)针对有刷直流电机建立模糊自适应PI控制器，如图2所示，取电枢电流误差e和误差变化率

上式中：x为实际输入精确量，范围为[a,b]，y为论域区间连续量，范围为[-3,3]。

(3)用隶属函数来刻画模糊集合，采用三角形隶属函数，如图3所示，用来描述输入量与模糊集合中的元素的相关程度，称为隶属度。分别计算e、

(4)根据PI控制器的控制规律，制定K

(5)控制规则表中每个元素对应e和

(6)将模糊变量值转化为实际输出值，采用重心法去模糊化。通过如下公式得到K

(7)输入I

(8)进行有刷直流电机电阻参数辨识，由于有刷直流电机控制特点，通相同方向电压，电机便会旋转起来。同时，辨识电阻时需要避免电流变化引起的电感分压。利用方波电流控制，电枢电流在较高频率下正负变化，电机不会转动，方波平顶端处，电流几乎没有变化，可以避免电感的影响。

(9)分别输入I

(10)采集两次注入方波平顶端电枢电流，经过均值滤波得到稳态下平顶端电枢电流

其中，δ

(11)将两次方波注入获取得到的电枢电压、电枢电流做差分处理，可有效削弱逆变器非线性和电流噪声等不利影响。计算得到辨识电阻值R

(12)由于控制器为离散系统，无法采到所有反馈电流值，同时由于噪声等干扰，采样值会波动存在误差。可利用最小二乘法简便地求得未知的数据，并使得求得的数据与实际值之间误差平方和最小。在模糊自适应PI控制的基础上，可结合最小二乘法进行电感L

(13)建立带遗忘因子的最小二乘法，遗忘因子可加快计算收敛，数学模型如下公式所示：

其中，

(14)进行有刷直流电机电感参数辨识，控制流程如图9所示。给定I

(15)根据采集的电枢电流i

L

其中，

(16)进行有刷直流电机反电势常数参数辨识，控制流程如图11所示。给定I

电流环闭环控制。电枢电流为固定值，电机会转动起来，力矩平衡后，转速稳定，转速与给定电流值A

(17)稳态下根据采集的电枢电流i

其中，