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交流伺服系统转动惯量及负载转矩的辨识

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交流伺服系统实时惯量辨识方法综述

交流伺服系统实时惯量辨识方法综述

第10期2017年10月组合机床与自动化加工技术Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing TechnitjueNo. 10Oct. 2017文章编号：1001 -2265 (2017) 10 -0001 -05D01：10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 10.001交流伺服系统实时惯量辨识方法综0!王朔1!2,于东2,3,王志成2,3,刘京航1!2,王昱忠1!2,杜少华3(1.中国科学院大学，北京100049;2.中国科学院沈阳计算技术研究所高档数控国家工程研究中 心，沈阳110168;3•沈阳高精数控智能技术股份有限公司，沈阳110168)摘要：交流祠服系统的参数实时辨识是实现高性能控制的前提。

其中，转动惯量是最为关键的参数， 其辨识值是控制器参数整定的基础，保证了系统的动态性能。

近年来实时惯量辨识技术获得国内外 学者的广泛关注并取得了大量的研究和应用成果。

文章在此基础上，综述了针对单惯量和双惯量系 统模型的实时惯量辨识方法及取得的最新研究进展，分析了各种方法在工程领域的应用。

总结现有 研究成果及亟待解决的问题，并对将来的研究方向进行了展望。

关键词：交流1服系统；电机转动惯量；负载惯量；实时辨识中图分类号:TH 113;TG 506 文献标识码:AA Survey of Real-time I nertia I dentification Methods for AC Servo SystemWANGShuo 1’2，YUDong 2’3，WANG Zhi -cheng 2’3，LlUJing -hang 1’2，WANG Yu -zhong 1’2，DUShao -hua 3 (1. University of Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100049，China ; 2. National Engineering Center for High-end CNC ，Shenyang Institute of Computing Technology ，Chinese Academy of Sciences ，Sheny ­ang 110168 ’China )Abstract ： Real-time identification of AC ser^o system parameters is the prerequisite for high-performance control . Among them ，motor inertia is tlie most critical parameter ，which value is tlie basis of contxt^ller pa ­rameter setting and to ensure the dynamic performance of tlie system . In recent years ，real-tim tification technology has been widely concernedfrom domestic and foreig^n researchers and has made aresearch and application results . This paper reviews tlie real-time inertia identification metliods for single in ­ertia and dual inertia system m odels and the latest researcli progresses ，analyzes the application of various methods inengineering field . S ummarizetheexisting research results andproblemstobeand prospect th ie future research direction .Key words ： AC ser'vo system ；motor inertia ；load inertia ；real-time identification0引言交流伺服系统是机电一体化的核心执行部件，在工业机器人、航天航空、新能源汽车、高精数控机床等 对电机性能要求较高、运行可靠性要求较强的领域中 是必不可少的组成部分。

永磁交流伺服系统转动惯量辨识方法

永磁交流伺服系统转动惯量辨识方法
矩变 化 ， 而直 接 影 响 系统 的动静 态 性 能 。对 转 动 进 惯量 和负 载转矩 的 影 响 ， 系统 可 分 别对 转 动 惯 量 和 负载 转矩 进行辨 识 ， 根 据辨 识 结 果 对控 制 器 参 数 并 进行 适 当补偿来 解决 。而 负载转 矩 的辨识 建立 在转 动惯 量 已知 的基 础 上 ， 转 动惯 量 辨 识 为首 要 解 决 故
动 惯 量 进 行 二 分 法 快 速 查 找 。 基 于 实验 平 台 ， 传 统 方 法 和 新 型 方 法 进 行 实验 验 证 ， 究 各 方 法 可 对 研
行性 ， 并给 出各 自优缺 点和 适 用场合 。
关键 词 ：永磁 交流伺 服 系统 ；转动 惯量辨 识 ； 减速 法 ； 型参 考 自适应 辨识 ；二分 法 加 模
３ ８
电 工 电 能 新 技 术
第３ ２卷
晕
？■ ．一 ｆ —］ ＿ ． ＿
／ ｍ （） ｔ 增益 １ ａ自适应 ｓ
ｔ ／ ｍｓ （） ｂ 自适应增益 ５
照
５ ） 备
图 ４ 离 散 模 型 参 考 白适 应 仿 真 结 果
Ｆｉ． Ｓ ｍｕ ａｉｎ ｒｓ ｌｓ ｏ ｉｃ ｅｅ ＭＲＡＣ ｇ４ ｉ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｆｄ ｓ ｒ ｔ
以单片机 为核心 的人机 界面
图 １ 实 验 平 台结 构 示 意 图
Ｆ ｇ １ Ｓ ｈ ｍ ａｉ ａ ｒ ｍ ｆｅ ｐｅ ｉ ｎ ａ ａｆ ｒ ｉ ． ｃ ｅ ｔｃ ｄｉｇ ａ ｏ ｘ ｒｍｅ ｔ ｌｐｌｔｏ ｍ
究， 并给 出两 种改进 辨识 法 ， 同时与传 统 方法进 行对
第３ห้องสมุดไป่ตู้２卷 第 ３期
２１ ０ ３年 ７月

伺服电机转动惯量辨识方法的研究

伺服电机转动惯量辨识方法的研究

交流伺服系统作为机电一体化的系统，在对电机要求高性能、高可靠性以及高稳定性的领域中占有极 其重要的地位［1］o由于永磁同步电机相比于其他电机来说可靠性更高 ，因此在伺服领域中的运用已经越 来越广泛。在实际的伺服系统应用中，长时间运行的电机工况复杂，导致电机的某些参数发生改变，从而 影响系统的控制性能.所以，对电机参数进行实时辨识显得尤为重要，而电机的转动惯量又是其中的关键 参数［2］o因此，能够实时辨识得到电机的转动惯量，对保证伺服系统稳定性以及提高控制性能具有重要 的研究意义。
限定在［Vmin, VmJ内，粒子的位置也是限定在［X/i”，XmaI］内，这样就对粒子自身和粒子群体的学习
行为进行了约束，使得粒子尽可能在可行域中进行搜索。因此，在这里引入了罚函数。罚函数的目的是为
第6期
任丽晔,等:伺服电机转动惯量辨识方法的研究
13
了解决非线性约束问题，在目标函数上加入一种带有惩罚性质的函数，来进行惩罚违反约束条件的迭代
1永磁同步电机模型分析
考虑到永磁同步电机的强耦合问题，采用了矢量控制方法来进行对永磁同步电机的控制［5-7］ o矢量控
制的思想是将电机的三相定子电流形成的静止abc坐标系通过Clark坐标变换为两相静止邙坐标系,再通
过Park变换为两相旋转的dq坐标系。永磁同步电机以下简称PMSM。 PMSM的电磁转矩方程［4］为：
最佳位置为Pgd，其中i =1，2,…，m; d =1，2,…，m。可得到如下的迭代公式［9］：
+ 1) ( ( ( ) ( ( ) 匕d (k
= eVd k) +C］ r pd k)-兀(k) +C2 r Pgd (k) -XU k) ,
(6)
Xd (k+1) = xid (k) V+ ,d (k+1) ,

伺服电机转动惯量讨论

伺服电机转动惯量讨论

刚性、惯量、响应时间及伺服增益调整之间的关系zz首先看看概念定义。

刚性：坚硬不易变化。

对于一个结构固定的物体，刚性是其固有的特质。

惯量：物体运动的惯性量值，也是物体的固有特性。

响应时间：可以理解为从指令发出到动作完成之间的时间。

来举个例子。

刚性：钢管比较坚硬，受力不易改变，或者说形变小；橡皮筋比较软，受到同等力产生的形变比较大，我们就说钢管的刚性强，橡皮筋的刚性弱，或者说其柔性强。

在我们伺服的应用中，用联轴器来连接电机和负载，就是典型的刚性连接；而用同步带或者皮带来连接电机和负载，就是典型的柔性连接。

惯量：惯量描述的是物体运动的惯性。

以转动惯量为例，转动惯量是物体绕轴转动惯性的度量。

其计算公式为：J=∑ mi*ri^2，式中mi表示刚体的某个质点的质量，ri表示该质点到转轴的垂直距离。

从式中可以看出，转动惯量只跟转动半径和物体质量（通常所说的重量）有关。

转动惯量和力矩的关系如下M=Jβ其中M是扭转力矩J是转动惯量β是角加速度也就是说，角加速度越大，所需要的力就越大，在平稳运行当中，即角加速度为零的时候，为克服转动惯量而输出的力就为零。

生活中我们也有这种体验，在骑自行车的时候，在加速的过程中，我们需要出比较大的力，而当速度已经平稳了以后，则出力比较小。

同样，转动惯量越大，所需要的力也越大。

就比如，如果要将一个静止状态的铁环推动起来（角加速度不为零），不需要多大的力，但要将一个静止的汽车轮胎推动起来，就需要很大的力。

反过来讲，当输出的力矩为固定值时，转动惯量越大，角加速度就越小。

响应时间:这里的响应时间不需要以自控原理内讲的响应时间来标定，只作为一个定性的分析。

可以分解为电气系统的响应时间和机械系统的响应时间。

电气系统的响应时间，给定一个位置、速度、转矩指令，到电机运行至该位置、速度、转矩的时间。

以位置模式为例，从发完指令到电机到达指令位置并停止所需要的时间，就是位置的响应时间，也可称为定位结束时间。

《高性能伺服装置负载惯量辨识方法的研究与实现》

《高性能伺服装置负载惯量辨识方法的研究与实现》

《高性能伺服装置负载惯量辨识方法的研究与实现》一、引言随着现代工业自动化程度的不断提高，高性能伺服装置在各类机械系统中的应用越来越广泛。

负载惯量作为伺服系统中的一个重要参数，对系统的动态性能和稳定性有着直接的影响。

因此，对负载惯量的准确辨识成为提高伺服系统性能的关键。

本文旨在研究高性能伺服装置负载惯量辨识方法，并探讨其实现过程。

二、负载惯量辨识的重要性负载惯量是伺服系统中的重要参数，它描述了负载的转动惯量大小。

在伺服系统中，惯量的变化将直接影响系统的动态响应速度、稳定性以及能量消耗。

因此，对负载惯量的准确辨识对于提高伺服系统的性能具有重要意义。

三、传统负载惯量辨识方法及问题分析传统的负载惯量辨识方法主要包括理论计算法和实验测试法。

理论计算法依赖于精确的机械结构设计数据和材料性能参数，但往往由于实际生产过程中的误差和不确定性，导致计算结果存在较大偏差。

实验测试法虽然可以获得较为准确的惯量值，但需要耗费大量时间和资源，且对实验条件要求较高。

因此，传统的负载惯量辨识方法存在一定的问题和局限性。

四、高性能伺服装置负载惯量辨识方法研究针对传统方法的不足，本文提出一种基于高性能伺服装置的负载惯量辨识方法。

该方法利用伺服系统的控制算法和传感器数据，通过分析系统的动态响应过程，实现对负载惯量的在线辨识。

具体步骤如下：1. 在伺服系统控制算法中引入惯量参数估计模块；2. 通过传感器获取系统的实时运动数据，包括位置、速度和加速度等信息；3. 利用控制算法对运动数据进行处理和分析，提取出与惯量相关的特征信息；4. 根据特征信息建立数学模型，通过优化算法对模型进行求解，得到负载惯量的估计值。

五、实现过程及实验验证1. 实现过程：（1）设计并实现惯量参数估计模块，将其集成到伺服系统控制算法中；（2）通过传感器采集系统的实时运动数据；（3）利用控制算法对运动数据进行处理和分析，提取出惯量特征信息；（4）建立数学模型，并利用优化算法求解得到负载惯量的估计值。

伺服系统惯量辨识技术(三) 朗道算法

伺服系统惯量辨识技术(三) 朗道算法
Ｃ Ｏ ｍ （ ｋ 一 １ ） ＝ Ｃ Ｏ ｍ （ ｋ 一 ２ ） ＋ 号［ （ ｊ ｝ 一 ２ ） 一 Ｔ Ｌ （ ／ ￣ 一 ２ ） １
上面 两 式 （ ３ ） 、（ ４ ） 相 减 可 以得 到 ：
（ ３ ）
（ ４ ）
（ 后 ） ＝２ ｃ ｏ ￣ （ ｋ 一 １ ） 一 （ Ｊ ｝ 一 ２ ） ／ － Ｓ （ （ 尼 一 １ ） 一 （ 七 一２ ） ）（ ５ ）
图２ ＰＭＳＭ机 械 模 型
机 械 方 程 数 学 表 达 式 为
＝
Ｔ ｅ
ｎ ｒ
—
Ｔ Ｌ －Ｂ ｏ ｏ ｍ
（ １ ）
步 电机 系统惯 量辨识技术 中受到关注Ｉ ４ ］ 。本 文将 对基于朗
道 算 法 的模 型参 考 自适 应 惯 量 辨 识 技 术 予 以 介绍 。
考虑到辨 识算法对 速度 的采样 频率足够 高 ，忽略粘性 阻尼 系数 。辨识算 法控制周 期较 短 ，负载转矩可 以认 为没
２ Ｏ １ ５ 年５ 月
第３
将 参 考模 型 写成 如 下形 式 ： ０ ３ ｍ （ ｋ ） ＝２ （ ｋ一 １ ） 一Ｏ ） ｍ （ ｋ 一２ ） ＋ｂ Ａ （ ｋ 一 １ ） 根 据 参 考模 型 可 以 设计 出可 调 模 型 的 方程 为 ：
（ ） ＝２ Ｃ Ｏ ｎ ｒ （ ｋ 一 １ ） 一Ｏ Ｊ ｍ （ ｋ 一２ ） ＋ｂ （ ｋ ） ｈ Ｔ ￣ （ 七 一 １ ） （ ７ ）
方 便 、跟 踪 速 度 快 ，在 控 制 领 域 得 到 广 泛 的 应 用 ］ 。
转 矩 ，单 位 ：Ｎｍ ；Ｂ为 粘 性 阻 尼 系 数 ， 单位 ：Ｎｓ ｍ ； ０为
转子的机械位置 ，单位 ：ｒ ａ ｄ 。

《高性能伺服装置负载惯量辨识方法的研究与实现》

《高性能伺服装置负载惯量辨识方法的研究与实现》一、引言随着现代工业自动化程度的不断提高，高性能伺服装置在各种机械设备中扮演着越来越重要的角色。

负载惯量辨识作为伺服装置控制中的重要环节，对于提高系统的动态性能和稳定性具有重要意义。

本文旨在研究高性能伺服装置负载惯量辨识方法，并探讨其在实际应用中的实现。

二、负载惯量辨识的重要性负载惯量是伺服系统中的重要参数，它直接影响着系统的动态响应和稳定性。

准确辨识负载惯量对于提高伺服系统的性能具有重要意义。

首先，负载惯量的准确辨识有助于优化控制策略，使系统能够更好地适应不同负载条件。

其次，准确的负载惯量辨识可以降低系统能耗，提高能源利用效率。

此外，在多轴联动系统中，各轴之间的耦合作用与负载惯量密切相关，因此准确辨识负载惯量对于提高多轴联动系统的协调性和稳定性至关重要。

三、负载惯量辨识方法研究目前，负载惯量辨识方法主要包括间接法和直接法。

间接法主要通过分析系统输入输出数据来估算负载惯量，其优点是算法简单、易于实现。

然而，这种方法往往受到系统噪声和干扰的影响，导致辨识结果不够准确。

直接法则是通过在系统中加入特定的激励信号来直接测量负载惯量，虽然能够获得较为准确的结果，但实现起来较为复杂。

针对上述问题，本文提出一种结合间接法和直接法的高性能伺服装置负载惯量辨识方法。

该方法首先利用间接法对系统进行初步的负载惯量估算，然后通过直接法对估算结果进行验证和修正。

具体实现过程中，可以采用一些优化算法来提高辨识精度和稳定性。

四、实现过程1. 数据采集与处理：通过传感器采集伺服系统的输入输出数据，包括电机电流、电压、位置等信息。

对采集到的数据进行预处理，如去噪、滤波等操作，以提高数据质量。

2. 初步估算：利用间接法对负载惯量进行初步估算。

可以通过分析系统动力学模型，建立输入输出数据的数学关系，然后通过优化算法求解得到初步的负载惯量估算值。

3. 验证与修正：采用直接法对初步估算结果进行验证和修正。

《高性能伺服装置负载惯量辨识方法的研究与实现》

《高性能伺服装置负载惯量辨识方法的研究与实现》一、引言伺服装置是现代自动化控制系统中不可或缺的重要组件，它对于实现精确的位置控制、速度控制以及加速度控制等方面发挥着至关重要的作用。

其中，负载惯量的准确辨识对于提高伺服系统的性能尤为重要。

本文将探讨高性能伺服装置负载惯量辨识方法的研究与实现，为提高伺服系统的控制精度和稳定性提供理论依据和实现方法。

二、负载惯量辨识的重要性负载惯量是伺服系统中的一个重要参数，它反映了系统在运动过程中所具有的惯性大小。

准确辨识负载惯量对于伺服系统的控制具有以下重要意义：1. 提高控制精度：通过准确辨识负载惯量，可以更好地预测系统的运动状态，从而实现对系统的精确控制。

2. 增强系统稳定性：负载惯量的准确辨识有助于系统在运动过程中保持稳定，减少因惯性引起的振动和冲击。

3. 优化系统设计：根据负载惯量的辨识结果，可以优化伺服系统的设计，使其更好地适应不同的应用场景。

三、高性能伺服装置负载惯量辨识方法针对高性能伺服装置的负载惯量辨识，本文提出了一种基于多传感器信息融合的辨识方法。

该方法通过集成力矩传感器、位置传感器和速度传感器等多种传感器信息，实现对负载惯量的准确辨识。

具体步骤如下：1. 数据采集：通过力矩传感器、位置传感器和速度传感器等采集伺服系统在运动过程中的相关数据。

2. 信息融合：将采集到的数据进行信息融合处理，提取出与负载惯量相关的特征信息。

3. 模型建立：根据特征信息建立负载惯量的数学模型，包括系统的动力学模型和运动学模型。

4. 参数辨识：通过算法对数学模型中的参数进行辨识，得到负载惯量的准确值。

5. 结果验证：将辨识得到的负载惯量值与实际值进行对比，验证其准确性。

四、实现方法与实验结果为了验证本文提出的负载惯量辨识方法的准确性和有效性，我们进行了以下实验：1. 实验设备：采用高性能伺服装置、力矩传感器、位置传感器和速度传感器等设备进行实验。

2. 实验过程：首先对伺服系统进行调试，确保其正常运行。

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的参数进行辨识才是有意义的。对电机的负载
转矩的观测主要是针对后者的情况。在电机稳
态运行时,转动惯量为 Jr。当电机的运行出现扰
动时，电机的转速也将发生变化，将 Jr 代入到
状态方程中利用状态观测器来观测负载转
矩， 仅用速度的变化来反映负载转矩的扰动。
由电机的原理特性可知，这是可行的。利用状
态观测器观测出的负载转矩再利用模型参考自
交流伺服系统转动惯量及负载转矩的辨识方法研究
黄立培，蒋志宏，郭宇婕
(清华大学 北京，100084)
摘要 交流伺服系统的工作性能受电机参数及负载扰动的影响很大，有必要对其转动惯量和负载转矩进行在线
辨识和观测，在辨识转动惯量时将负载扰动考虑进去，并据此调整速度 PI 调节器参数以改善和提高系统的稳
态和动态响应性能。本文中先利用状态观测器对负载转矩进行实时观测,然后再利用模型参考自适应算法对系
0 CT
⎢J
⎢ ⎢⎣
0
其中：
⎤
0
⎥ ⎥
0⎥
⎥
[ −
1 J
⎥ ⎥⎦
，ζ
=
Innoise
] λ T noise ,
Innoise 是系统的控制输入噪声；
λnoise 是负载扰动引起的噪声。
由系统的状态方程和输出方程的矩阵参数 可以得到系统能观性矩阵：
⎡
⎤
N
=
⎡C ⎤
⎢ ⎢
CA
⎥ ⎥
⎢⎣CA 2 ⎥⎦
=
⎢ ⎢ ⎢
1
困难，利用自适应控制理论（比如最小方差理 论）来同时辨识转动惯量和观测负载转矩时， 要求速度不断变化，同时转动惯量和负载转矩 两个量都是瞬时改变的，这种算法很难达到收 敛。所以，要辨识电机的转动惯量和观测负载 转矩只能分两步来进行。第一步，先把转动惯
量 J 当作已知量，观测出负载转矩 M L ；第二
示。
其中ω1 和ω2 是转折频率，ωc 是截止频率。 幅频响应中的中频带宽度 h=τ/T=ω2/ω1 是一个 重要的参数。理论已经证明，若要获得最小的
闭环幅频响应幅值 MrMin，应满足：
ω2 = 2h ωc h +1
（15）
ωc = h +1
ω2 1
(16)
此时对应的最小峰值 Mr 为：
M rMin
(4)
bg
(k
)
=
bg
(k
−
1)
+
1
β (k)U(k + β (k)U 2
−1) (k −
1)
ε
(k
)
可能会对系统的机械特性造成明显的影响，因 (5)
此需要采取相应的措施，对系统进行有效的控 制[1-5]。同时，在交流伺服系统的实际应用中， 调节器参数的确定是一项非常繁杂的工作，需 要花费大量的时间和精力，而且必须具备丰富 的工程经验才能取得良好的结果。一种比较简 单的方法是：首先辨识出电机转子和负载的转 动惯量，然后根据辨识的实时值对 PI 控制器参 数进行整定，以提高系统动态性能。
(7)
1.1 基于负载转矩观测的转动惯量的模型 参考自适应辨识算法
1.1.1 转动惯量的模型参考自适应辨识算法
负载与电机是刚性联结，交流电机的机械 运动方程可以离散为：
ωm(k)
=
ωm(k
−1)
+
T J
[Mm(k
−1)−ML Nhomakorabea(k
−1)](1)
其中，ω m 为电机转速，T 为采样时间， J 为机
械系统的转动惯量， M m 为电磁转矩， M L 为
式中，y 为速度信号， yg 为估计速度信号，
bg =T/J 为待辨识变量，β为自适应增益，λ 1 、
λ 2 为系数。
将式(2)作为参考模型，式(3)作为可调模 型，式(5)作为自适应机制，则可以实现交流电 机的模型参考自适应辨识算法。
1.1.2 负载转矩的状态观测算法
对磁场定向控制的电机调速系统，在负载
变量，但是因为控制器的采样频率很高，而且
负载转矩的相对变化比较慢，因此，可以假设
其微分等于零即
dM L = 0
dt
(11)
可以将状态方程(9)，(10)和(11)及输出方
程写成矩阵的形式：
dx = Ax + Bu dt
y = Cx
(12)
其中：
A
=
⎡ ⎢ ⎢ ⎢
− C
R L
T
0 0
0
⎤ ⎥
−
1
⎥ ⎥
⎢J
J⎥
⎢0 0 0⎥
⎢⎣
⎥⎦
⎡1⎤
B
=
⎢ ⎢ ⎢
L 0
⎥ ⎥ ⎥
⎢0⎥
，
⎢⎣ ⎥⎦ ，
[ ] C = [1 1 0]，x = iq ωm M L T ，u = U q
如果要把噪声考虑进去的话，状态方程(12)
可以写成：
dx = Ax + Bu + Γ ζ dt
y = Cx
(13)
其中：
⎡
Γ
=
⎢ ⎢ ⎢
统的机械参数即系统转动惯量进行了辨识，并研究了自适应增益对辨识结果的影响。根据转动惯量的在线辨
识量，利用最小峰值响应方法对系统速度 PI 调节器参数进行了自整定。仿真和实验结果验证了算法的有效性。
关键词：转动惯量、负载转矩辨识, 状态观测器, 自整定。
0 引言
yg (k) = 2 y(k −1) − y(k − 2) + bg (k −1)U (k −1)
2 .8
2 .6 0 .0 7 0
0 .0 7 2
0.074 0.076 t/s
0 .0 7 8
0 .0 8 0
(a). 未进行速度调节器自整定
3 .2
1 -03×ω / r · m- i1n m
3 .0
2 .8
2 .6 0 .0 7 0
0 .0 7 2
0 .0 7 4 0 .0 7 6 t/s
0 .0 7 8
适应算法在线辨识转动惯量 J，继而对速度 PI
调节参数进行整定。
2
2 速度 PI 调节器参数自整定算法
将辨识出的转动惯量应用于转速自适应控
制，可以调整速度环零极点分布，使系统达到
良好的稳定性能和快速的动态响应效果。
控制系统中速度环框图如图 1 所示,其开
环传递函数可以表示为：
Gol
=
K ol (τs + 1) s 2 (Ts + 1)
1 机械参数辨识算法研究
U(k −1) ={[Mm(k −1)−Mm(k −2)]
+ [M L (k − 2) − M L (k −1)]}
(6)
β (k ) = 1 [ β (k − 1) λ1 (k )
− λ2 (k )β 2 (k −1)U 2 (k −1) ]
λ1 (k ) + λ2 (k)β (k −1)U 2 (k −1)
和速度设定变化时要求有很高的动态响应性
能，及在电机参数变化时要有强的鲁棒性。但
是负载转矩与转动惯量一样，也是个很难直接
测量的非电物理量，因此也需对其在线观测。
然而，由于电机的转动惯量和负载转矩在同一
个机械运动方程中，即
Mm
−
ML
=
J
dω m dt
(8)
且电机的转动惯量只与电机的运动方程有关。
因此同时在线辨识和观测出这两个物理量比较
1 CT − R
⎢J L
⎢ R2 ⎢⎣( L2
−
RC T LJ
)
1 0
0
0 −1
⎥ ⎥ ⎥
J⎥
⎥ 0 ⎥⎦
容易证明系统的能观性矩阵是可逆的，由能
观性判据可知，该系统的状态是完全能被观测
的[7]。这样利用 仿真软件就可以得到负载转矩
的观测机理，有了观测规律便可以实现对负载
转矩进行在线观测了。
只有在电机启动或运行出现扰动时对电机
*
*
-
uβ
φ
φ
Rotor Flux Calculator
iii
Encoder
IM
图 4 异步电机矢量控制系统
本课题的实验平台是基于 TMS320C30 DSP 的异步电机柔性控制系统[9]。其核心是一台 PC 机和一块 C30 开发板。PC 机负责用户界面、PWM 波形发生、A/D 采样以及 DSP 控制；DSP 进行控 制和辨识算法的处理。整个系统的硬件结构如 图 3，基于该硬件环境的矢量控制如图 4 所示。
250
th e sp e e d n (r/m )
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t/s
(a). 未据 ML 观测值进行速度调节器自整定
250
th e spe ed n(r/m )
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t/s
(b). 据 ML 观测值进行速度调节器自整定 图 7 转子速度响应波形
（14）
其中，
K ol
=
1 R
⋅ 3n pψ fd Ki 2J
，τ
=
Kp Ki
，T
=
LR，
K 、 K 是速度 PI 调节器的比例积分系数。
P
i
这是一个典型三阶系统。设计这种系统参
数有时域和频域的多种方法。本文选用的是“最 小 Mr 准则”方法[8]。其中 Mr 为系统闭环幅频响