摘 要

随着当代工业化进程的发展以及控制理论体系的成立，对永磁同步电机的应用领域越发的扩张。由于永磁同步电机具有体积较小，高功率密度，过载能力较强，可靠性能完善等诸多优点现如今被广泛应用于新型汽车、工业机器人等生产工作当中。在面对此类高精度动态控制系统时各项参数的辨识工作极为重要，而在诸多参数当中转动惯量参数的比重显得格外突出，当前针对永磁同步电机转动惯量的辨识方法的研究非常多，工程师面对交流伺服系统的运行时产生的诸多问题提出了各项解决办法并将其融入传统的辨识方法中形成更为完善的新型辨识方法。本文便是针对当前已有的伺服系统转动惯量辨识方法中具有代表性的方法进行归纳大致包括：模型参考自适应辨识法；卡尔曼滤波器法；递推最小二乘法。之后针对具有代表性的永磁交流同步电机的三种转动惯量辨识方进行分析和仿真，分析各种辨识方法中的优缺点，运行和限制条件，介绍各种辨识方法的基本原理和运行方式最后通过Simulink仿真比较出最为完善的辨识方法并通过实际在电机平台进行算法实现，验证其算法的可靠性。

关键词：永磁同步电机；转动惯量；参数辨识方法；simulink

Abstract

With the development of modern industrialization and the establishment of control theory system, the application field of permanent magnet synchronous motor is expanding more and more. Because of its small size, high power density, strong overload capacity, perfect reliability and many other advantages, PMSM is now widely used in the production of new cars, industrial robots and other work. In the face of such a high-precision dynamic control system, the identification of various parameters is very important, and the proportion of the parameters of the moment of inertia is particularly prominent among many parameters. At present, there are many researches on the identification methods of the moment of inertia of permanent magnet synchronous motor. Engineers put forward various solutions to the problems arising from the operation of the AC servo system and integrate them into the transmission A more perfect new identification method is formed in the unified identification method. In this paper, the representative methods of moment of inertia identification of servo system are summarized, including: model reference adaptive identification method; Kalman filter method; least square method; gradient correction method; state observer method and so on. Then it analyzes and simulates the moment of inertia identification method of the representative permanent magnet AC synchronous motor, analyzes the advantages and disadvantages, operation and restrictions of various identification methods, introduces the basic principle and operation mode of various identification methods, and finally compares the most perfect identification method through Simulink simulation and realizes the algorithm through the actual motor platform to verify The reliability of the algorithm.

Key Words:Permanent magnet synchronous motor; Moment of inertia; Parameter identification method; Simulink

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 3

1.1 研究的目的及意义 3

1.2 国内外的研究现状和辨识方法的分析 3

第2章 永磁同步电机 8

2.1 永磁同步电机简介 8

2.2 永磁同步电机的数学建模 9

2.2.1 永磁同步电机理想化处理 9

2.2.2 PMSM的坐标变换 9

2.3 永磁同步电机数学建模 9

2.4 SVPWM模块 11

2.5 永磁同步电机的simulink仿真模型 12

第3章 基于递推最小二乘法的转动惯量辨识方法 14

3.1 最小二乘法 14

3.2 递推最小二乘法的两大新型算法 14

3.3 递推最小二乘法原理 14

3.4 算法的实现 16

3.5 电路设计与仿真 18

3.6 对最小二乘法的相关研究的综述和分析 20

第4章 基于扩展kalman滤波器永磁同步电机转动惯量辨识 22

4.1 kalman滤波器 22

4.2 kalman滤波算法原理 22

4.3 kalman滤波算法对转动惯量的辨识方法 23

4.4 kalman滤波的仿真 25

4.5 kalman滤波算法的延伸 28

第5章 模型参考自适应算法 29

5.1 模型参考自适应法简介 29

5.2 模型参考自适应原理 29

5.3 模型参考自适应仿真 32

5.4 模型参考自适应的研究和延伸 34

总结和展望 36

参考文献 37

致 谢 39

第1章 绪论

1.1 研究的目的及意义

永磁同步电机最早出现的年份可以追溯到上世纪50年代，但由于当时技术条件的限制没有得到适应时代的推广，随着时间的推移，在80年代初期，稀土永磁材料的研制解决了永磁同步电机根本性问题将该电机推上时代的舞台，与此同时现代控制理论的发展也为其打下良好的基础，使得永磁同步电机的功能出现了飞速的提升，还有电力电子技术、嵌入式技术等等都影响着永磁同步电机的发展。

随着科技的不断飞跃，电机系统的复杂程度在不断提高，在实际的工作环境中是很难进行电机的实时数据测量，因此我们要开发出一种能够根据当前已测量或容易测量的参数进而求得目标参数的方法。目前大多数电机系统依旧使用着传统PID控制器参数即为比例积分微分整定法，由于操作简单实用性强而被大范围使用，但在系统实际运转的过程中系统内部的参数往往会发生改变，传统的辨识方法这时需要停下电机再度进行参数整定，这是种方式精确度低在面对当前当下的工业机器人，数控机床，汽车航空航天等高性能，高精度的控制场合时往往无法进行实地操作，为了满足能够对电机的在线调整。保证永磁同步电机控制系统在复杂环境中依旧具有较好的动态性能，能够实现自适应控制效果即为我们的目的。

那么转动惯量代表着的便是参数中较为关键的一环，系统的转动惯量的数值直接影响着的是速度环带宽的上限，所以当转动惯量发生改变时会直接影响到电机的动态性能。参数辨识理论是系统的转动惯量在线辨识的基础理论，为了让系统能够实现自整定，该方案一直是永磁同步电机辨识方法的重要环节，因此研究出更好、更快、更能适合当下电机环境的参数辨识方法是具有重大意义的。

1.2 国内外的研究现状和辨识方法的分析

永磁同步电机的转动惯量的辨识可以细分为几大种类，有离线辨识和在线辨识还可以分为单惯量辨识和双惯量辨识，主要是针对处于不同环境下的电机采用更为适合它们的方法，通过查阅论文可知近些年来参数辨识的方法颇多，但本质都是通过数学方法也就是研究电机基础方程进而求得等效后的转动惯量数值。