在线识别惯量比的系统及方法
【专利摘要】本发明提供了一种在线识别惯量比的系统及方法，上述系统包括采样单元、第一计算单元以及第二计算单元，其中：所述采样单元，用于在伺服电机启动或反向时，以固定的采样时间采集多个伺服电机的转速及对应的电流；所述第一计算单元，用于根据所述电流计算电磁转矩，并以所述采集的转速及计算获得的电磁转矩迭代计算辨识向量；所述第二计算单元，用于根据所述辨识向量计算惯量比。本发明通过采样的转速、电流迭代计算辨识向量并通过辨识向量计算获得惯量比，无需离线操作即可获得伺服电机的惯量比参数，简化了用户操作。
【专利说明】在线识别惯量比的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及伺服电机控制领域，更具体地说，涉及一种在线识别惯量比的系统及 方法。
【背景技术】
[0002] 在伺服系统中，惯量比是一个重要的控制因素，是建立环路模型的基础。惯量比是 负载惯量和电机惯量之间的比值，根据惯量比，可以估算出伺服系统的加减速时间是否能 满足设备工艺要求。
[0003] 目前最常用的惯量比辨识方法是基于离线辨识，即通过加速和减速指令获取其加 速度变化量，进而计算惯量比。上述离线惯量比辨识固然能获得比较准确的伺服惯量比，但 它无法应对外部惯量发生变化的情形。如果控制参数未跟随外部惯量比变化而变化，常会 造成伺服电机控制性能下降，影响使用效果。
[0004] 摩擦力是伺服控制中重要的外力扰动，其对伺服电机反向运行时的停顿现象有决 定性影响，为了做相应补偿，常使用摩擦模型的方式来计算过零点的库仑摩擦力。目前的摩 擦模型在计算库仑摩擦力时，由于受到摩擦模型精确度的影响，不易得到正确的结果，而如 使用复杂的模型，又会造成实际应用时计算量大大增加，难以实时运行实现。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对上述离线惯量比辨识无法应对外部惯量变化 的问题，提供一种在线识别惯量比的系统及方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种在线识别惯量比的系统，包括 采样单元、第一计算单元以及第二计算单元，其中：所述采样单元，用于在伺服电机启动或 反向时，以固定的采样时间采集多个伺服电机的转速及对应的电流；所述第一计算单元，用 于根据所述电流计算电磁转矩，并以所述采集的转速及计算获得的电磁转矩迭代计算辨识 向量；所述第二计算单元，用于根据所述辨识向量计算惯量比。
[0007] 在本发明所述的在线识别惯量比的系统中，所述第一计算单元计算的辨识 向量为：
【权利要求】
1. 一种在线识别惯量比的系统，其特征在于：包括采样单元、第一计算单元以及第二 计算单元，其中：所述采样单元，用于在伺服电机启动或反向时，以固定的采样时间采集多 个伺服电机的转速及对应的电流；所述第一计算单元，用于根据所述电流计算电磁转矩，并 以所述采集的转速及计算获得的电磁转矩迭代计算辨识向量；所述第二计算单元，用于根 据所述辨识向量计算惯量比。
2. 根据权利要求1所述的在线识别惯量比的系统，其特征在于：所述第一计算单元 .Λ Γ1 BTs Ts Ts^/t … 计算的辨识向量为：6斤y 了厂认―D]并通过以下计算式迭代计算所述 辨识向量：咐）=丨)[.=)丨-丨)]+ 咐-丨），其中 V(k-1) = [y(k-i) 1；&-1)-1]1，且7为采样获得的伺服电机转速，1；为电磁转矩，8为摩擦系数，1；为采样时 间，?\为负载转矩，J为电机与负载惯量和，β为递推可变增益。
3. 根据权利要求2所述的在线识别惯量比的系统，其特征在于：所述递推可变增益 im = - ο - ^ ~ ~!^k ? ? 0 λ 为大于 〇 的常数。 Λ + ψ (k -\)fi(k -\)y/{k, - 1)
4. 根据权利要求2或3所述的在线识别惯量比的系统，其特征在于：所述第一计算单 元包括数据转换子单元和浮点数运算子单元，其中：所述数据转换子单元用于将采样的伺 服电机的转速及对应的电流转换为16进制表示的幂级数，并将每一所述幂级数转换为自 定义数据结构，所述自定义数据结构包括浮点数拆分后字符数组、浮点数有效位长度、浮点 数幂级数、浮点数正负四个定义变量；所述浮点数运算子单元使用所述自定义数据结构代 替浮点数并代入相应计算式完成运算。
5. 根据权利要求1所述的在线识别惯量比的系统，其特征在于：所述第二计算单元还 用于根据所述辨识向量计算负载转矩；所述系统还包括补偿计算单元，用于根据所述负载 转矩进行正向摩擦补偿和反向摩擦补偿。
6. -种在线识别伺服惯量比的方法，其特征在于：包括以下步骤： (a) 在伺服电机启动或反向时，以固定的采样时间采集该伺服电机的多个转速及对应 的电流； (b) 根据所述电流计算电磁转矩，并以所述采集的转速及计算获得的电磁转矩迭代计 算辨识向量； (c) 根据所述辨识向量计算惯量比。
7. 根据权利要求6所述的在线识别惯量比的方法，其特征在于：所述步骤（b)中，所 BTs Ts Ts 述辨识向量为y 切且该辨识向量通过以下计算式迭代计算： By/(k-\)\v{k)-y/1 (k-\)b{k-\)λ , ,, .. _ , =-：-~ ? .---+ b{n-\) ψ (k-1) = [y(k-l) Te(k_l) -1] 1 + (// {k, - \)py/(k - 1) T，且y为伺服电机转速，?；为电磁转矩，B为摩擦系数，Ts为采样时间，I\为负载转矩，J为 电机与负载惯量和，β为递推可变增益。
8. 根据权利要求7所述的在线识别惯量比的方法，其特征在于：所述递推可变增益 _=歸_丨)-州-j)m丨)λ为大于〇的常数。 κ + (// (k - 1)β(\? -\)y/{k-\)
9. 根据权利要求7或8所述的在线识别惯量比的方法，其特征在于：所述步骤（b)包 括以下步骤： (bl)将采样的伺服电机的转速及对应的电流转换为16进制表示的幂级数； (b2)将每一所述幂级数转换为自定义数据结构，所述自定义数据结构包括浮点数拆分 后字符数组、浮点数有效位长度、浮点数幂级数、浮点数正负四个定义变量； (b3)使用所述自定义数据结构代替浮点数并代入相应计算式完成运算。
10. 根据权利要求6所述的在线识别惯量比的方法，其特征在于：所述步骤（c)包括： 根据所述辨识向量计算负载转矩；所述步骤（c)之后包括：根据所述负载转矩进行正向摩 擦补偿和反向摩擦补偿。
【文档编号】H02P21/14GK104124908SQ201410329070
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】姚虹, 周兆勇, 徐飞鹏 申请人:深圳市汇川技术股份有限公司