一种基于转矩观测补偿的永磁同步电机加速度安排方法技术

本发明专利技术公开了一种基于转矩观测补偿的永磁同步电机加速度安排方法，包括如下步骤：步骤一、搭建基于卡尔曼滤波器的负载转矩观测器；步骤二、通过卡尔曼滤波器的迭代算法得出电机的实时负载转矩；步骤三、将电机的实时负载转矩值进行平均滤波计算，判断电机负载转矩值是否稳定；步骤四、当电机负载转矩值稳定后，需要改变速度时，运行加速度安排程序。本发明专利技术能够提高系统的运行性能，优化系统对于速度命令的调节时间，使得系统能够以最短时间追踪目标速度设定。标速度设定。标速度设定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于转矩观测补偿的永磁同步电机加速度安排方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机伺服控制
，具体涉及一种基于转矩观测器补偿的永磁同步电机加速度安排方法。

技术介绍

[0002]随着电子器件技术和永磁材料的发展，永磁同步电机依靠其简单的结构，可以在不同速度下稳定运行，具有体积小等优点，永磁同步电机已经占据我国电机市场的百分之七十以上，且占有比例在不断的提高。永磁同步电机已经运用于航空航天、深潜、军工等“高精尖”领域。永磁同步电机较有刷电机，将机械换向变成了电子换向，使得电机在换向时不会有火花生成。
[0003]但是永磁同步电机在调速过程中，若对其加速过程不加以处理，在有载情况下，其启动电流将超过额定电流的两倍以上，将对电源有很大的冲击，也极易触发伺服控制器的过流保护功能，使得系统不能正常运行。为了使得电机能够在限定电流下，以最快速度达到设定速度，故需要对电机的加速过程做一个过渡过程的安排。加速度过程安排一般都是根据设定加速度时间，但是设定的加速度时间不一定是最快的调节时间。
[0004]电机运行时其电流是与电机参数与电机负载相关的，负载越大，电机运行电流越大。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于转矩观测器补偿的永磁同步电机加速度安排方法，旨在提高系统的运行性能，优化系统对于速度命令的调节时间，使得系统能够以最短时间追踪目标速度设定。
[0006]为达成上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于转矩观测补偿的永磁同步电机加速度安排方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、搭建基于卡尔曼滤波器的负载转矩观测器；
[0008]步骤二、通过卡尔曼滤波器的迭代算法得出电机的实时负载转矩；
[0009]步骤三、将电机的实时负载转矩值进行平均滤波计算，判断电机负载转矩值是否稳定；
[0010]步骤四、当电机负载转矩值稳定后，需要改变速度时，运行加速度安排程序。
[0011]进一步地，所述步骤一中负载转矩观测器的方程为
[0012][0013]进一步地，所述步骤三的具体过程为：将采集到的实时负载转矩值与前三个负载转矩采集周期的值进行对比，计算其平均值，判定四个采集值与平均值得波动是否小于百分之3。
[0014]进一步地，所述加速度安排程序包括三个部分：起始缓冲周期数、正常加速度周期
数、终止缓冲周期数；起始缓冲周期数是在该阶段将加速度值不断累加在这个周期结束时累加到目标加速度值；正常加速度周期数是在该阶段对电机进行平稳的加速；终止缓冲周期数是在该阶段结束时使得电机的加速度减为0。
[0015]进一步地，所述起始缓冲周期数的计算公式为：
[0016][0017]式中：T
L
为实时负载转矩，T
L额
为额定转矩，v
max
为电机的额定转速，α，β为可调比例因子；
[0018]该阶段的速度变化值的计算公式为：
[0019]Δv
起始
＝Δv*(T
起始
*γ)
[0020]式中：γ为可调比例因子。
[0021]进一步地，所述终止缓冲周期数的计算公式为：
[0022]T
终止
＝T
起始
*δ
[0023]式中：δ为可调比率因子；
[0024]该阶段的速度变化值的计算公式为：
[0025]Δv
终止
＝Δv*(T
终止
*γ)
[0026]进一步地，所述正常加速度周期数的计算公式为：
[0027][0028]该阶段的速度变化值的计算公式为：
[0029]Δv
正常
＝Δv
‑
Δv
起始
‑
Δv
终止
[0030]本专利技术与现有技术相对比，其有益效果在于：本专利技术在电机启动后使用负载转矩观测器观测电机的实时转矩，将实时转矩数据返回控制器，根据返回的实时负载转矩，将其值与额定转矩值进行对比，为下一次的速度改变命令安排加速过程，从而提高系统的运行性能，优化系统对于速度命令的调节时间，使得系统能够以最短时间追踪目标速度设定。
附图说明
[0031]图1是本专利技术的整体流程框图。
[0032]图2是本专利技术中转矩观测器的流程框图。
[0033]图3是本专利技术控制框图。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例并结合附图，对本专利技术作进一步具体的说明。
[0035]实施例：一种基于转矩观测补偿的永磁同步电机加速度安排方法，首先确定永磁同步电机的运动学方程，确定其输入为q轴电流，在使用传感器获得电机负载转矩和电机转子实时位置后，使用卡尔曼滤波器对于电机的实时转矩进行观测。当观测值稳定后，当检测到有外部输入速度改变指令时，给电机加速度安排过渡过程，整个过程有三个阶段，分别
为：启动缓冲阶段、正常加速阶段、终止缓冲阶段。在三个阶段中，通过检测到的实时转矩值确定不同的周期数和加速度量。本专利技术可以根据实时转矩值，通过调节可调比例因子值，使得电机能够在最快速度内平稳的加速到目标速度，有效的防止加速过程中电流波动过大对于控制器和电源造成损坏。
[0036]具体而言，本实施例包括如下步骤：
[0037]步骤一、搭建基于卡尔曼滤波器的负载转矩观测器，首先写出永磁同步电机的运动学方程为：
[0038][0039]上式中J为电机的转动惯量，w
e
为转子的机械角速度，T
em
为电机的电磁转矩，B为电机的摩擦系数，T
L
为电机的负载转矩。
[0040]式(1)中的电磁转矩T
em
可以表示为：
[0041]T
em
＝1.5n
p
ψ
f
i
q
#(2)
[0042]上式中n
p
为电机的极对数，ψ
f
为永磁体基波磁链，i
q
为q轴电流，可以令1.5n
p
ψ
f
＝K,故式(2)可以改写为：
[0043]T
em
＝Ki
q
#(3)
[0044]从而永磁同步电机的运动学方程可以写为：
[0045][0046]上式中θ表示电机的机械角度。
[0047]将运动学方程写成矩阵方程的形式：
[0048][0049]y＝θ＝Cx#(5b)
[0050]上式中输入信号u为q轴电流i
q
，该值可以通过外部传感器实时观测。对上式进行离散化处理可得：
[0051][0052]上式中
[0053]由于系统模型或者参数的误差和测量过程中的误差需要在离散化的运动学方程中添加系统噪声w(k)和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于转矩观测补偿的永磁同步电机加速度安排方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、搭建基于卡尔曼滤波器的负载转矩观测器；步骤二、通过卡尔曼滤波器的迭代算法得出电机的实时负载转矩；步骤三、将电机的实时负载转矩值进行平均滤波计算，判断电机负载转矩值是否稳定；步骤四、当电机负载转矩值稳定后，需要改变速度时，运行加速度安排程序。2.根据权利要求1所述的一种基于转矩观测补偿的永磁同步电机加速度安排方法，其特征在于，所述步骤一中负载转矩观测器的方程为3.根据权利要求1所述的一种基于转矩观测补偿的永磁同步电机加速度安排方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：将采集到的实时负载转矩值与前三个负载转矩采集周期的值进行对比，计算其平均值，判定四个采集值与平均值得波动是否小于百分之3。4.根据权利要求1所述的一种基于转矩观测补偿的永磁同步电机加速度安排方法，其特征在于，所述加速度安排程序包括三个部分：起始缓冲周期数、正常加速度周期数、终止缓冲周期数；起始缓冲周期数是在该阶段将加速度值不断累加在这个周期结束时累加到目标加速度值；正常加速度周期数是在该阶段对电机进行平稳的加速；终止缓冲周期数是在该阶段结束时使得电机的加速度减为0。5.根据权利要求4所述的一种基于转...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢科新，林叶贵，权欣文，李星宏，
申请(专利权)人：绍兴敏动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：