PDF《交流伺服系统负载转矩的辨识方法》

2014-04 兵工自动化 33(4) Ordnance Industry Automation ・47・ doi: 10.

7690/bgzdh.2014.04.012 交流伺服系统负载转矩的辨识方法 张强

1 ,叶林

2 ,石航飞

1 ,许永衡

1 (1. 中国兵器工业第五八研究所数控技术部,四川 绵阳 621000;

2. 成都晋林工业制造有限责任公司技术中心,成都 611930) 摘要:为提高交流伺服系统负载转矩辨识收敛快速性,提出一种新型的降维观测器模型.在参考一种降维负载 转矩观测器的基础上,提出一种新型的降维观测器模型,对负载转矩进行辨识,并仿真分析改进降维负载观测器的 有效性.仿真结果表明:该方法是有效的,能明显提高辨识的快速性. 关键词:交流伺服系统;

负载转矩;

降维观测器 中图分类号:TP272 文献标志码:A Estimation Algorithm of Load Torque for AC Servo System Zhang Qiang1 , Ye Lin2 , Shi Hangfei1 , Xu Yongheng1 (1. Department of CNC Technology, No.

58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China;

2. Technology Center, Chengdu Jinlin Industrial Manufacturing Co., Ltd., Chengdu 611930, China) Abstract: For accelerating estimation speed of the load torque for AC servo system, a new model of the reduce-order observer is brought up. Based on the reduced-order observer, a new model of the reduce-order observer is brought up and estimate the load torque, its validity is analyzed by the simulation. The simulation result shows that the model is valid and can obviously improve the convergent speed of estimation algorithm. Keywords: AC servo system;

load torque;

reduced-order observer

0 引言 随着现代社会工业化程度越来越高,交流伺服 系统的应用也越来越广泛,同时对交流伺服系统的 性能要求也越来越高.目前,为抑制负载阻力变化 和惯量变化对永磁同步电机交流伺服系统的影响, 国内外研究学者提出了许多种方法.一类从改变 PID 结构出发的抗扰动方法,如自抗扰观测器[1-2] 、 滑模观测器[3-4] 、内模控制[5-6] 、二自由度 PID[7-8] 控制等.另一种基于传统 PID 控制结构的参数整定 方法,分为基于智能控制的 PID 参数整定方法[9-12] 和基于现代控制理论的 PID 参数整定方法[13-14] .基 于现代控制理论的 PID 参数整定方法是目前抑制负 载扰动和惯量扰动问题的主流技术之一.为抑制某 种扰动,采用有针对的先辨识扰动再补偿或调整控 制器参数的方法,参数整定的时间只受参数辨识收 敛时间的限制,只要收敛时间很快,系统整定的时 间也很快;

但在交流伺服系统某些应用场合中,惯 量扰动已知而负载扰动变化很大,需要很快的在线 辨识负载转矩并实时地补偿,对负载转矩的辨识收 敛快速性提出了很高要求.

1 降维负载力矩观测器 由电机学原理可知,电机的运动学方程为: m m m L e d d w J B w T T t + + = (1) m m d d w t θ = (2) 其中:wm 为转子机械角速度;

θm 为机械角位置;

Bm 为粘性阻尼系数;

TL 为负载扰动转矩;

Te 为电机 输出转矩;

J 为转动惯量. 由于控制器采样频率大大高于扰动转矩的变化 时间,所以负载扰动转矩作为一个状态变量,可假 定它是一个恒值,即: L d

0 d T t = (3) 在以永磁同步电动机作为伺服电机的交流伺服 系统中, 系统的位置和速度都可以通过传感器得到, 不需要对其进行估算, 只需要对负载转矩进行估算. 文献[14]对电机的全维电机动力学方程进行降维. 由式 (1) 和式 (3) 得到电机的动力学方程式: d d x x u t y C ? = + ? ? ? = ? A B x (4)