基于梯度算法的永磁伺服系统惯量辨识性能研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar．252011V01．32No．3488．496ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)03—0488—09基于梯度算法的永磁伺服系统惯量辨识性能研究梁骄雁，胡育文*，鲁文其南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016摘要：为抑制惯量扰动对高性能伺服驱动系统性能的影响，系统应具有惯量辨识和控制器参数自整定的功能，而精

2、准、快速地辨识出系统实时转动惯量值是其需要首先解决的关键技术。本文针对惯量辨识展开了研究，推导出永磁同步电机(PMSM)惯量辨识的梯度公式，并研究了影响惯量辨识收敛速度和精度的因素。通过仿真和实验表明，梯度算法用于永磁伺服系统的惯量实时辨识是有效的，惯量辨识的收敛速度较快，最快可控制在5s左右，且给定速度周期越短、转速变化范围越大，惯量辨识的实时性越好，这为下一步进行系统速度控制器参数自整定提供了基础。关键词：高性能；永磁同步电机；伺服系统；惯量辨识；梯度算法；辨识性能中图分类号：V242．5；TM351文献标识码：A随着电力

3、电子技术、电机控制技术以及稀土永磁材料的发展，永磁同步电机(PMSM)在航空航天领域显示出广泛的应用前景和强大的生命力。但在电机运行过程中，常因转动惯量的变化影响到系统的控制性能。譬如说，飞机在空中加油时，空中加油机需将输油软管放出机外，以便与受油机的受油管衔接，实现空中加油，但软管的伸缩会改变加油机与受油机的转动惯量，从而影响其控制性能，降低了空中加油的成功率；又如，人造地球卫星在轨道环境中，由于太阳翼变形引起的转动惯量改变，也将影响控制性能。可见，如何观测出系统转动惯量的变化，对于航空航天中运动体的精准控制具有很实际的意义

4、。目前，现代控制领域和电机控制领域的众多学者针对这个基础性问题做了大量研究，如Lan—dau离散时间递推参数辨识算法[1屯]、拓展卢恩伯格观测器[3‘4]、递归最小二乘法[5-6]、卡尔曼滤波器Ⅲ、状态观测器(ESo)[83等。文献F2]基于离散模型参考自适应理论，通过仿真和实验，对异步电机伺服系统的机械参数进行了在线辨识，并提出了自调整速度控制的方法；文献E3-]提出了采用降阶拓展卢恩伯格观测器(ROELO)进行惯量辨识，该方法通常用于异步电机系统来减少计算量；美国电气电子t程师学会(IEEE)成员曾使用具有遗忘因子的递推最

5、小二乘法对直流伺服电机的转动惯量进行辨识[5]，但该类算法需使用高阶滤波器，增加了算法的复杂性，且需大量的计算内存，适合一些数学模型比较简单的系统。这些实时估计参数的文献几乎均未采用梯度算法，究其原因主要是梯度算法本身的收敛时间长，而最小二乘法、Landau辨识算法等收敛时间短。但通过对诸多算法进行对比研究后发现：一种算法用于系统参数辨识时，它的整体使用时间不是仅由算法本身的收敛时间决定，与系统的复杂程度也有关，由每次的计算时间和算法本身的收敛时间之和决定。其中计算时间与两个部分相收稿日期：2010-06-22；退修日期：20

6、10-07-20；录用日期：2010—09-09；网络出版时问：2010-11—1109：14网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20101111．0914．027．№I∞I：CNKI：11-1929／V．20101111．0914．027*通讯作者．Tel．：025-84890382E--mail：huyuwen@nuaa．eCJ．∞引焉格武l粱骄罹．胡育文。l文其．善f梯度舞法的永磋伺暇系统惯l辫识性能研究￡J]．航空学报．2011．32t3)：488-496．LiangJi

7、aoyan．I-luYuwen．LuWenqi．ResearchOftinertiaidentificationpeformanceofpermanentmagnetsorvosystemsbasedongra—clientalgorithmEJ_7．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，201，，32(3)：488-496．梁骄雁等：基于梯度算法的永磁伺服系统惯量辨识性能研究关：惯量辨识算法在系统控制器中实现的执行语句长短和惯量辨识算法完成运算的辨识周期，前者与算法的实时计算量大小有关，而后

8、者与系统的复杂程度(硬件和软件)密切相关。研究发现，采用梯度算法对惯量进行辨识时，仅涉及一个向量的运算，每次实时计算量很小。系统越复杂，算法的计算时间就会越长；当采用不同的惯量辨识算法时，算法在系统控制器中编程实现的执行语句越短，实现同样算法的计算时间也会越短，惯量辨识的整体