用于控制电机的方法和设备技术

本公开的各种实施例提供了用于控制电机的方法和设备，方法包括：向电机输入随时间变化的速度指令信号以及速度激励信号，以用于辨识电机的转动惯量，其中，电机输出的实际转速与速度指令信号以及速度激励信号相关联并且速度激励信号还用于附加地、至少部分地改变电机的实际转速的加速度；以及基于辨识出的转动惯量，调整对电机的控制。

【技术实现步骤摘要】
用于控制电机的方法和设备
本公开的各种实施例总体上涉及自动控制领域，并更为具体地涉及用于控制电机的方法及设备。
技术介绍
在当前的电机(尤其是伺服电机)的速度控制系统中，通常通过实时地辨识电机系统的转动惯量来实时地调节速度环的增益，以优化对电机转速的控制。这一动态的实时的转动惯量的辨识以及对电机的调节能够在例如负载及转动惯量发生变化的情况下保持速度环的稳定。因此，速度控制环的性能非常依赖于对于电机转动惯量的辨识的精度和鲁棒性。然而，根据现有的转动惯量辨识方案所辨识出的转动惯量的精度往往不高，在有些情况下甚至与实际值相差甚远。这将影响到电机控制的性能。
技术实现思路
本公开的第一方面提供一种用于控制电机的方法，包括：向电机输入随时间变化的速度指令信号以及速度激励信号，以用于辨识电机的转动惯量，其中电机输出的实际转速与速度指令信号以及速度激励信号相关联，并且速度激励信号还用于附加地、至少部分地改变电机的实际转速的加速度；以及基于辨识出的转动惯量，调整对电机的控制。本公开的第二方面提供一种用于控制电机的设备，包括：速度信号产生装置，被配置为向电机输入随时间变化的速度指令信号以及速度激励信号，以用于辨识电机的转动惯量，其中电机输出的实际转速与速度指令信号以及速度激励信号相关联，并且速度激励信号还用于附加地、至少部分地改变电机的实际转速的加速度；以及电机调节装置，被配置为基于辨识出的转动惯量，来调整对电机的控制。通过根据本公开实施例的方法及设备，可以解决在电机的加速度过低或过高而导致加速电流噪声过大的情况下对转动惯量的辨识不准确的问题，并进而通过辨识出的更为准确的转动惯量来进一步改善在电机的整个加速或减速过程中控制系统的整体性能，以例如实现更小的电机抖动、以及更好的转速跟随。应当理解，
技术实现思路
部分并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，亦非旨在用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。附图说明通过对附图中的示例实施例的描述，本公开的特征和优点将易于理解，在附图中：图1示出了根据本公开实施例的用于控制电机的系统的示意图；图2示出了根据本公开实施例的用于控制电机的方法的流程图；图3示出了根据本公开实施例的速度指令信号和速度激励信号的示例性信号图；图4示出了根据本公开另一实施例的速度指令信号和速度激励信号的示例性信号图；图5示出了根据本公开又一实施例的速度指令信号、速度激励信号、以及参考速度指令信号的示例性信号图；以及图6示出了根据本公开实施例的用于控制电机的设备的框图。在所有附图中，相同或相似参考数字表示相同或相似元素。具体实施方式现在将参考一些示例实施例描述本公开的原理。可以理解，这些实施例仅出于说明并且帮助本领域的技术人员理解和实施本公开的目的而描述，而非建议对于本公开的范围的任何限制。在此描述的本公开的内容可以以下文描述的方式之外的各种方式实施。如本文中，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。图1示出了根据本公开实施例的用于控制电机110的系统100的示意图。如图1所示，系统100包括电机110、用于控制电机110的电机驱动装置120、以编码器为形式的转速反馈装置140、以及转动惯量辨识装置130。如上面所提及的，为了优化对电机110的控制，往往需要根据电机110的负载(未示出)的实际情况对其转动惯量实时地进行辨识，并将辨识出的转动惯量实时地反馈给电机驱动装置120，以改善对电机110的控制，进而例如实现较小的电机抖动以及较好的转速跟随。以伺服电机控制系统为例，需要向电机驱动装置120输入一个速度指令信号，该速度指令信号用于驱动电机110以使电机110的转速能够基本上跟随该速度指令信号。电机110在速度指令信号的控制下输出实际的转速和电机电流，并例如经由编码器140将输出的转速进行反馈以形成速度闭环。需要指出，为了辨识转动惯量，需要输入随时间变化的速度指令信号，这是因为转动惯量的计算至少部分取决于电机110输出的实际转速相对于时间的导数，也即，电机的加速度。从电机110中输出的实际转速和电机电流两者随后可以被输送至转动惯量辨识装置130以按照已知的方式来辨识或计算出电机110的转动惯量。然而，这种传统的转动惯量辨识方式的精确度往往不高，而这往往是由于出于一些特定的原因而使得电机110的实际加速度(或减速度)很小造成的。在加速度很小的情况下，用于给电机110加速的加速电流的噪音就会较大，这导致了转动惯量辨识的不精确性。因此，为了克服这一缺陷，可以在原有速度指令信号的基础上，附加地引入另一(往往是短时的)在下文中被称作“速度激励信号”的信号，以这样的方式，在电机的起始加速(或减速)阶段，至少部分地将电机转速的瞬时加速度(或减速度)改变到预先确定的水平，以用于提高转动惯量辨识的准确性，并进而改善对电机110的控制。图2示出了根据本公开实施例的用于控制电机的方法200的流程图。在步骤210中，向电机输入如上所述的随时间变化的速度指令信号以及速度激励信号，以用于辨识电机的转动惯量。在步骤240中，基于辨识出的转动惯量，调整对电机的控制。根据本公开的实施例，方法200在步骤210之后还能够包括步骤220-230(未示出)。在步骤220中，利用输入的速度指令信号和速度激励信号驱动电机，以获得电机的实际转速和电流。随后，在步骤230中，根据所获得的实际转速和电流，辨识电机的转动惯量。在某些实施例中，上述随时间变化的速度指令信号包括上升的速度指令信号、下降的速度指令信号以及它们的组合。上升和下降的速度指令信号可以是线性上升和下降的信号。在某些情况下，这种线性上升和线性下降的速度指令信号给出具有恒定加速度(或减速度)的速度指令信号，这样的信号形状往往有助于在理论上对转动惯量进行计算。图3和图4中示出了由线性上升部分(由指向斜上方的箭头示出)和线性下降部分(由指向斜下方的箭头示出)构成的示例性速度指令信号。需要指出，非线性上升和非线性下降的速度指令信号(例如，具有字母“S”形状的信号)也同样涵盖在本公开的保护范围内。在某些情况下，非线性的速度指令信号可能是有利的，这是因为电机的相对平缓的加速度或减速度可以避免由于突然的速度变化而对电机带来的冲击。同样需要指出，图3或图4中示出的包含了上升和下降两者的速度指令信号仅为示例性的，随时间仅上升、或随时间仅下降的速度指令信号同样可以用于转动惯量的辨识。本公开中的速度激励信号包括但不限于方波信号、三角波信号、以及梯形波信号。图3和图4中下半部分的曲线分别示出了具有方波形状和三角波形状的速度激励信号。需要指出，图3和图4中示出的速度激励信号的形式同样仅为示例性的，由于速度激励信号旨在改变电机转速的加速度(或减速度)，因此，能够带来上述改变的加速度这一效果的速度激励信号的任何形式均应落入本公开的保护范围内。在某些实施例中，向电机输入随时间变化的速度指令信号以及速度激励信号包括在随时间变化的速度指令信号的起始时刻或在该起始时刻之后阈值时间范围内的时刻，添加速度激励信号，这一阈值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制电机的方法，包括：向所述电机输入随时间变化的速度指令信号以及速度激励信号，以用于辨识所述电机的转动惯量，其中所述电机输出的实际转速与所述速度指令信号以及所述速度激励信号相关联，并且所述速度激励信号还用于附加地、至少部分地改变所述电机的所述实际转速的加速度；以及基于辨识出的转动惯量，调整对所述电机的控制。

【技术特征摘要】
1.一种用于控制电机的方法，包括：向所述电机输入随时间变化的速度指令信号以及速度激励信号，以用于辨识所述电机的转动惯量，其中所述电机输出的实际转速与所述速度指令信号以及所述速度激励信号相关联，并且所述速度激励信号还用于附加地、至少部分地改变所述电机的所述实际转速的加速度；以及基于辨识出的转动惯量，调整对所述电机的控制。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：利用输入的速度指令信号和速度激励信号，驱动所述电机，以获得所述电机的实际转速和电流；以及根据所获得的实际转速和电流，辨识所述电机的所述转动惯量。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述随时间变化的速度指令信号包括：上升的速度指令信号、下降的速度指令信号或者它们的组合。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述速度激励信号包括：方波信号、三角波信号或者梯形波信号。5.根据权利要求1所述的方法，其中向所述电机输入随时间变化的速度指令信号以及速度激励信号包括：在所述随时间变化的速度指令信号的起始时刻或在所述起始时刻之后阈值时间范围内的时刻，添加所述速度激励信号。6.根据权利要求1所述的方法，其中向所述电机输入随时间变化的速度指令信号以及速度激励信号还包括：独立地确定所述速度激励信号的持续时间；或者与所述电机的所述实际转速相关联地确定所述速度激励信号的持续时间。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述速度激励信号的持续时间小于所述随时间变化的速度指令信号的持续时间。8.根据权利要求5所述的方法，其中在所述随时间变化的速度指令信号的起始时刻或在所述起始时刻之后阈值时间范围内的时刻，添加所述速度激励信号包括：将所述变化的速度指令信号的第一变化率与参考速度指令信号的第二变化率相比较；以及响应于所述第一变化率不同于所述第二变化率，添加所述速度激励信号。9.根据权利要求8所述的方法，其中响应于所述第一变化率不同于所述第二变化率，添加所述速度激励信号包括：响应于所述第一变化率小于所述第二变化率，添加第一速度激励信号来增大所述实际速度信号的加速度。10.根据权利要求8所述的方法，其中响应于所述第一变化率不同于所述第二变化率，添加所述速度激励信号还包括：响应于所述第一变化率大于所述第二变化率，添加第二速度激励信号来减小所述实际速度信号的加速度；以及响应于所述第一变化率等于所述第二变化率，添加为零的第三速度激励信号来使得所述实际速度信号的加速度保持不变。11.一种用于控制电机的设备，包括：速度信号产生装置，被配置为向所述电机输入随时间变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇，
申请(专利权)人：施耐德电气工业公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR