驱动器的状态观测器及其速度估算方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种驱动器速度估算方法，该估算方法包括：将接收的电机的实际转角与电机转角的初始值进行比较得到电机的转角误差；利用转角误差、调节器的调节系数、电机的基本特征量并根据预设方程计算得到电机的估算转速、电机的估算转角；对比判断该电机的估算转角是否等于电机的实际转角，若电机的估算转角不等于电机的实际转角，则返回重新计算转角误差直至电机的估算转角等于电机的实际转角，此时电机的估算转速即为实际的电机转速。采用上述估算方法可实时快速获取准确的电机转速，提高系统性能。此外，本发明专利技术还公开应用该估算的方法的状态观测器以及速度估算系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种速度估算方法，尤其涉及种用于驱动器的状态观测器及其速度估算方法和系统。
技术介绍
在控制系统中，驱动器的速度是其必不可少的参数。现有的技术中，驱动器的速度测量一般是通过速度编码器测量电机转角，并根据一定时间内电机转角的变化角度求出电机运行角速度即用测量脉冲频率的M法、测量脉冲周期的T法以及两者结合切换的M/T法，但是使用该方法测量转速会存在一定的时间间隔(ms级时间)，导致计算所得转速滞后和不连续，会降低控制器速度环带宽，降低系统性能。
技术实现思路
有鉴于此，实有必要提供一种更加准确测量驱动器电机转速的状态观测器。此外，还有必要提供一种驱动器的速度的估算方法及其系统。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：一种驱动器的状态观测器，所述状态观测器包括对比单元以及执行单元；对比单元用于将所接收的测量单元测量的电机实际转角与电机转角的初始值进行比较得到电机的转角误差；以及执行单元包括：第一计算单元用于根据电机的转角误差以及积分系数K3通过预设的第一方程可计算出电机的估算负载转矩TL；第二计算单元，用于根据上述电机的估算负载转矩、转角误差以及预设的电机基本特征量和比例系数K2构建关于电机的粗算转速W的预设的第二方程，并计算出电机的粗算转速W；以及第三计算单元，用于根据上述电机的粗算转速、转角误差以及预设的积分系数K1通过预设的第三方程计算得到电机的估算转速，并根据电机的估算转速积分运算得到电机的估算转角；其中，所述对比单元还用于对比判断电机的估算转角与电机的实际转角是否相等；若电机的估算转角与电机的实际转角相等，第三计算单元则输出电机的估算转速；若电机的估算转角与电机的实际转角不相等，则电机的实际转角与电机的估算转角进行比较重新计算该转角误差，并重新进行计算电机的估算转角直至等于电机的实际转角。一种驱动器速度的估算系统，其特征在于，所述估算系统包括：测量单元，用于测量电机的实际转角；所述状态观测器包括对比单元以及执行单元；对比单元用于将所接收的测量单元测量的电机实际转角与电机转角的初始值进行比较得到电机的转角误差；以及执行单元包括：第一计算单元用于根据电机的转角误差以及积分系数K3通过预设的第一方程可计算出电机的估算负载转矩TL；第二计算单元，用于根据上述电机的估算负载转矩、转角误差以及预设的电机基本特征量和比例系数K2构建关于电机的粗算转速W的预设的第二方程，并计算出电机的粗算转速W；以及第三计算单元，用于根据上述电机的粗算转速、转角误差以及预设的积分系数K1通过预设的第三方程计算得到电机的估算转速，并根据电机的估算转速积分运算得到电机的估算转角；其中，所述对比单元还用于对比判断电机的估算转角与电机的实际转角是否相等；若电机的估算转角与电机的实际转角相等，第三计算单元则输出电机的估算转速；若电机的估算转角与电机的实际转角不相等，则电机的实际转角与电机的估算转角进行比较重新计算该转角误差，并重新进行计算电机的估算转角直至等于电机的实际转角。一种驱动器速度的估算方法，其特征在于，所述估算方法包括：接收电机的实际转角转角；将实际转角与电机转角的初始值进行比较得到电机的转角误差；根据上述电机的转角误差以及预设的调节器的积分系数K3通过预设的第一方程计算电机的估算负载转矩；根据上述电机的估算负载转矩、电机的转角误差以及预设的电机基本特征量和调节器的比例系数K2、构建关于电机的粗算转速的预设的第二方程，并计算出电机的粗算转速；根据上述电机粗算转速、电机的转角误差以及预设的调节器的积分系数K1通过预设的第三方程计算出电机的估算转速；对电机的估算转速进行积分运算得到估算的电机转角；对比判断电机的估算转角与电机的实际转角是否相等；若电机的估算转角与电机的实际转角相等，则输出电机的估算转速；若电机的估算转角与电机的实际转角不相等，则电机的实际转角与电机的估算转角进行比较重新计算该转角误差，并重新进行计算电机的估算转角直至等于电机的实际转角。上述中基于状态观测器的速度估算方法，将编码器测量电机转角作为输入状态变量进行转速的估算，可实施更新转速(us级时间)，能够快速获取实时转速，解决了传统方法总速度计算需要ms级时间间隔，速度计算存在滞后的问题，提升转速环响应带宽，提高系统性能，与此同时，除可估算电机转速，还可准确估算电机转角以及电机的负载转矩。附图说明图1为实施方式中驱动器速度的估算系统的功能模块图。图2为实施方式中驱动器速度的估算方法的原理图。图3为实施方式中驱动器速度的估算方法的流程图。具体实施方式下面将结合本实施方式中的附图，对本实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述。请参看图1，本实施方式中一种驱动器速度的估算系统的功能模块图。驱动器速度的估算系统1包括状态观测器10和测量单元20。测量单元20用于测量驱动器电机的实际转角，并将所测量的驱动器电机的实际转角输送给状态观测器10。本实施方式中，优选速度编码器来测量电机的实际转角。状态观测器10包括执行单元101和对比单元102。对比单元102用于将所接收的测量单元20测量的电机实际转角与电机转角的初始值进行比较得到电机的转角误差△θ。执行单元101用于当对比单元102判断出电机的实际转角与电机的估算转角不相等时，通过预设规则的重新计算电机的估算转角直至电机的估算转角与电机的实际转角相等。本实施方式中优选PID调节器作为执行单元101，根据对比单元102的判断结果，执行调节电机的估算转角与电机的实际转角的转角误差。本实施方式中，PID调节器依靠三个调节系数积分系数K1、比例系数K2以及积分系数K3来调节以减少误差。其中调节系数与系统相匹配，不同的系统根据需求具有不同的调节系数，其根据系统误差，利用积分和比例计算出控制量进行控制。调节器的积分系数K1、比例系数K2以及积分系数K3是根据被控过程的特性来确定的，其可以根据动态特性及时整定，其主要通过工程整定方法得到，即通过直接在控制系统中的试验中进行，按照工程经验公式，进行整定。执行单元101包括第一计算单元1011、第二计算单元1012以及第三计算单元1013。第一计算单元1011，用于根据电机的实际转角与电机的估算转角的转角误差△θ以及调节器的积分系数K3通过预设的第一方程可计算得到电机的估算负载转矩TL。其中预设的第一方程为：TL＝∫(Δθ×K3)，若电机的估算负载转矩TL是等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动器的状态观测器，其特征在于，所述状态观测器包括对比单元以及执行单元；对比单元用于将所接收的测量单元测量的电机实际转角与电机转角的初始值进行比较得到电机的转角误差；以及执行单元包括：第一计算单元用于根据电机的转角误差以及积分系数K3通过预设的第一方程可计算出电机的估算负载转矩TL；第二计算单元，用于根据上述电机的估算负载转矩、转角误差以及预设的电机基本特征量和比例系数K2构建关于电机的粗算转速W的预设的第二方程，并计算出电机的粗算转速W；以及第三计算单元，用于根据上述电机的粗算转速、转角误差以及预设的积分系数K1通过预设的第三方程计算得到电机的估算转速，并根据电机的估算转速积分运算得到电机的估算转角；其中，所述对比单元还用于对比判断电机的估算转角与电机的实际转角是否相等；若电机的估算转角与电机的实际转角相等，第三计算单元则输出电机的估算转速；若电机的估算转角与电机的实际转角不相等，则电机的实际转角与电机的估算转角进行比较重新计算该转角误差，并重新进行计算电机的估算转角直至等于电机的实际转角。

【技术特征摘要】
1.一种驱动器的状态观测器，其特征在于，所述状态观测器包括对比单元以及
执行单元；
对比单元用于将所接收的测量单元测量的电机实际转角与电机转角的初始
值进行比较得到电机的转角误差；以及
执行单元包括：
第一计算单元用于根据电机的转角误差以及积分系数K3通过预设的
第一方程可计算出电机的估算负载转矩TL；
第二计算单元，用于根据上述电机的估算负载转矩、转角误差以及预
设的电机基本特征量和比例系数K2构建关于电机的粗算转速W的预设的第二方
程，并计算出电机的粗算转速W；以及
第三计算单元，用于根据上述电机的粗算转速、转角误差以及预设的
积分系数K1通过预设的第三方程计算得到电机的估算转速，并根据电机的估算
转速积分运算得到电机的估算转角；其中，所述对比单元还用于对比判断电机的估算转角与电机的实际转角是
否相等；若电机的估算转角与电机的实际转角相等，第三计算单元则输出电机
的估算转速；若电机的估算转角与电机的实际转角不相等，则电机的实际转角
与电机的估算转角进行比较重新计算该转角误差，并重新进行计算电机的估算
转角直至等于电机的实际转角。
2.如权利要求1所述的驱动器的状态检测器，其特征在于，所述预设的第二方
程依据电机运动状态方程而设定，其中ωm为电机转速，TL为电机的负载转矩、J为电机的转动惯量、B为电机的摩擦系数以及Te为电机的

\t输出转矩，且电机的转动惯量J、电机的摩擦系数B以及电机的输出转矩Te为
电机的基本特征量。
3.如权利要求1所述的驱动器的状态检测器，其特征在于，执行单元优选PID
调节器，根据对比单元的对比结果利用积分系数K1、比例系数K2以及积分系数
K3执行调节用以减小误差，其中调节系数K1、K2、K3根据被控过程的特性在实
际试验所得到。
4.如权利要求1所述的驱动器的状态检测器，其特征在于，所述预设的第一方
程为TL＝∫(Δθ×K3)；预设的第二方程为：预
设的第三方程为：W+△θ×K1＝ω^m，其中，△θ为转角误差、TL为电机的估算负
载转矩、J为电机的转动惯量、B为电机的摩擦系数、Te为电机的输出转矩，W
为电机的粗算转速。
5.一种驱动器速度的估算系统，其特征在于，所述估算系统包括：
测量单元，用于测量电机的实际转角；
所述状态观测器包括对比单元以及执行单元；
对比单元用于将所接收的测量单元测量的电机实际转角与电机转角的
初始值进行比较得到电机的转角误差；以及
执行单元包括：
第一计算单元用于根据电机的转角误差以及积分系数K3通过预设的
第一方程可计算出电机的估算负载转矩TL；
第二计算单元，用于根据上述电机的估算负载转矩、转角误差以及预
设的电机基本特征量和比例系数K2构建关于电机的粗算转速W的预设的第二方<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈桂港，令狐云波，林国军，
申请(专利权)人：深圳巴斯巴科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44