电机转动惯量辨识方法及装置与流程

本技术涉及伺服电机，特别是涉及一种电机转动惯量辨识方法及装置。

背景技术：

1、电机转动惯量指的是电机旋转时所表现出的惯性，同样大小的转动惯量会对不同大小的转矩产生不同的影响，对于系统响应的快慢和稳定性有重要影响。因此在实际电机应用过程中，需要准确辨识电机转动惯量，保证伺服电机系统的控制稳定性和精准性。

2、目前电机转动惯量辨识方案可分为离线辨识与在线辨识两大类。离线辨识方法，通常需要正反转电机至一定转速，积分加速度以求解惯量。该方式需要电机正反转来避免库伦摩擦力影响，这在实际应用中往往无法实现，而采样电机转矩、转速等信号也可能受到噪声干扰，尤其是转速过零点附近的小信号采样会产生较大辨识误差。在线辨识方法，一般采用基于现代控制理论的算法，如递推最小二乘法、扰动观测器、模型参考自适应法等，具有计算复杂、算法参数无法适应所有场合等缺点，且这些算法较多都忽略了库伦摩擦力影响，这些问题会直接影响惯量辨识的精度与一致性。

3、由此可见，目前的电机转动惯量辨识方案都存在以上不足。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对目前电机转动惯量辨识方案还存在的不足，本公开实施例提供了一种电机转动惯量辨识方法及装置。

2、本公开至少一个实施例提供了一种电机转动惯量辨识方法，包括步骤：

3、控制电机使所述电机旋转至设定转速；其中，达到设定转速对应的控制指令为转速指令；

4、为所述转速指令叠加特定频率波，获得调频指令，以调整所述电机的转速；

5、在所述叠加特定频率波的过零点处对输出转矩和反馈转速进行采样，获得输出转矩采样信息和反馈转速采样信息；

6、根据所述输出转矩采样信息和所述反馈转速采样信息执行运算，分别获得与所述调频指令同频的转速信号和转矩信号的实部、虚部与相角；

7、计算所述转速信号与所述转矩信号的相角差，并从各所述相角差中选取特征值，根据所述特征值对应的实部和虚部确定实轴与虚轴；

8、根据所述实轴和所述虚轴，确定转速幅值；

9、根据所述实轴、所述虚轴和所述转速幅值，确定电机转动惯量参数。

10、上述的电机转动惯量辨识方法，控制电机使电机旋转至设定转速后为转速指令叠加特定频率波，获得调频指令，以调整电机的转速。在叠加特定频率波的过零点处对输出转矩和反馈转速进行采样，获得输出转矩采样信息和反馈转速采样信息。根据输出转矩采样信息和反馈转速采样信息执行运算，分别获得与调频指令同频的转速信号和转矩信号的实部、虚部与相角。计算转速信号与转矩信号的相角差，并从各相角差中选取特征值，根据特征值对应的实部和虚部确定实轴与虚轴。根据实轴和虚轴，确定转速幅值，并根据实轴、虚轴和转速幅值，确定电机转动惯量参数。基于此，避免了实际应用只能单向旋转导致辨识无法进行的问题，也克服了零频的库伦摩擦力与负载转矩带来的影响，无须设定辨识算法的性能参数，易于实现。

11、作为其中一个可选的实施例，所述控制电机使所述电机旋转至设定转速的过程，包括步骤：

12、采用速度闭环控制所述电机旋转至恒定的设定转速，并保持转速跟踪。

13、作为其中一个可选的实施例，所述为所述转速指令叠加特定频率波，获得调频指令，以调整所述电机的转速的过程，包括步骤：

14、为所述转速指令叠加特定频率的正弦波；其中，所述特定频率为3%-8%的速度环带宽。

15、作为其中一个可选的实施例，所述在所述叠加特定频率波的过零点处对输出转矩进行采样的过程，包括步骤：

16、根据所述叠加特定频率波的过零点处的输出电流计算所述输出转矩。

17、作为其中一个可选的实施例，所述从各所述相角差中选取特征值的过程，包括步骤：

18、选取各所述相角差的中间值作为特征值。

19、作为其中一个可选的实施例，所述根据所述实轴和所述虚轴，确定转速幅值的过程，包括步骤：

20、对所述实轴和所述虚轴作平方和再开方处理，获得所述转速幅值。

21、作为其中一个可选的实施例，所述根据所述实轴、所述虚轴和所述转速幅值，确定电机转动惯量参数的过程，包括步骤：

22、根据所述输出转矩对应的实轴分量与所述转速幅值的商，确定黏滞系数；

23、确定所述转速幅值和角速度的积；其中，所述角速度为所述调频指令对应的角速度；

24、根据所述输出转矩对应的虚轴分量与所述积的商，确定惯量值。

25、本公开至少一个实施例还提供了一种电机转动惯量辨识装置，包括：

26、转速控制模块，用于控制电机使所述电机旋转至设定转速；其中，达到设定转速对应的控制指令为转速指令；

27、指令调频模块，用于为所述转速指令叠加特定频率波，获得调频指令，以调整所述电机的转速；

28、数据采样模块，用于在所述叠加特定频率波的过零点处对输出转矩和反馈转速进行采样，获得输出转矩采样信息和反馈转速采样信息；

29、第一运算模块，用于根据所述输出转矩采样信息和所述反馈转速采样信息执行运算，分别获得与所述调频指令同频的转速信号和转矩信号的实部、虚部与相角；

30、第二运算模块，计算所述转速信号与所述转矩信号的相角差，并从各所述相角差中选取特征值，根据所述特征值对应的实部和虚部确定实轴与虚轴；

31、第三运算模块，用于根据所述实轴和所述虚轴，确定转速幅值；

32、参数辨识模块，用于根据所述实轴、所述虚轴和所述转速幅值，确定电机转动惯量参数。

33、上述的电机转动惯量辨识装置，控制电机使电机旋转至设定转速后为转速指令叠加特定频率波，获得调频指令，以调整电机的转速。在叠加特定频率波的过零点处对输出转矩和反馈转速进行采样，获得输出转矩采样信息和反馈转速采样信息。根据输出转矩采样信息和反馈转速采样信息执行运算，分别获得与调频指令同频的转速信号和转矩信号的实部、虚部与相角。计算转速信号与转矩信号的相角差，并从各相角差中选取特征值，根据特征值对应的实部和虚部确定实轴与虚轴。根据实轴和虚轴，确定转速幅值，并根据实轴、虚轴和转速幅值，确定电机转动惯量参数。基于此，避免了实际应用只能单向旋转导致辨识无法进行的问题，也克服了零频的库伦摩擦力与负载转矩带来的影响，无须设定辨识算法的性能参数，易于实现。

34、本公开至少一个实施例还提供一种数据控制装置，包括：

35、一个或多个存储器，非瞬时性地存储有计算机可执行指令；

36、一个或多个处理器，配置为运行计算机可执行指令，其中，计算机可执行指令被一个或多个处理器运行时实现根据本公开任一实施例的电机转动惯量辨识方法。

37、上述的数据控制装置，控制电机使电机旋转至设定转速后为转速指令叠加特定频率波，获得调频指令，以调整电机的转速。在叠加特定频率波的过零点处对输出转矩和反馈转速进行采样，获得输出转矩采样信息和反馈转速采样信息。根据输出转矩采样信息和反馈转速采样信息执行运算，分别获得与调频指令同频的转速信号和转矩信号的实部、虚部与相角。计算转速信号与转矩信号的相角差，并从各相角差中选取特征值，根据特征值对应的实部和虚部确定实轴与虚轴。根据实轴和虚轴，确定转速幅值，并根据实轴、虚轴和转速幅值，确定电机转动惯量参数。基于此，避免了实际应用只能单向旋转导致辨识无法进行的问题，也克服了零频的库伦摩擦力与负载转矩带来的影响，无须设定辨识算法的性能参数，易于实现。

38、本公开至少一个实施例还提供一种非瞬时性计算机可读存储介质，其中，非瞬时性计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理器执行时实现根据本公开任一实施例的电机转动惯量辨识方法。

39、上述的非瞬时性计算机可读存储介质，控制电机使电机旋转至设定转速后为转速指令叠加特定频率波，获得调频指令，以调整电机的转速。在叠加特定频率波的过零点处对输出转矩和反馈转速进行采样，获得输出转矩采样信息和反馈转速采样信息。根据输出转矩采样信息和反馈转速采样信息执行运算，分别获得与调频指令同频的转速信号和转矩信号的实部、虚部与相角。计算转速信号与转矩信号的相角差，并从各相角差中选取特征值，根据特征值对应的实部和虚部确定实轴与虚轴。根据实轴和虚轴，确定转速幅值，并根据实轴、虚轴和转速幅值，确定电机转动惯量参数。基于此，避免了实际应用只能单向旋转导致辨识无法进行的问题，也克服了零频的库伦摩擦力与负载转矩带来的影响，无须设定辨识算法的性能参数，易于实现。