振鏡掃描電機(jī)模型參數(shù)的辨識(shí)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種振鏡掃描電機(jī)模型參數(shù)的辨識(shí)方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 振鏡掃描電機(jī)（以下或簡(jiǎn)稱電機(jī)）是一種負(fù)載為反射鏡片或成像裝置的特殊的 直流無刷電機(jī)。相對(duì)于傳統(tǒng)電機(jī)來說，其額定功率小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可旋轉(zhuǎn)角度范圍一般 在-20°至+20°之間，因此，在光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，該電機(jī)通常被用作改變光路旋轉(zhuǎn)角度的裝 置。
[0003] 在實(shí)際應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的快速定位控制，需要利用電機(jī)控制器 對(duì)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制（伺服控制）。傳統(tǒng)電機(jī)控制器包括模擬控制器和PID (比例-積分-微 分）調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器包括擬運(yùn)算放大器、電阻及電容。PID調(diào)節(jié)器根據(jù)電機(jī)輸出的信 號(hào)（包括：位置及電流）與參考信號(hào)之間的誤差計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)量，PID調(diào)節(jié)器將 計(jì)算出的調(diào)節(jié)量經(jīng)后級(jí)線性功率放大器進(jìn)行放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的閉環(huán)控 制。
[0004] 由于電機(jī)特性及轉(zhuǎn)子及負(fù)載不同，導(dǎo)致電機(jī)控制系統(tǒng)出廠及日常調(diào)試維護(hù)只能依 靠人工試湊的方法對(duì)PID調(diào)節(jié)器中比例、積分及微分控制器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)由于模 擬元件參數(shù)溫漂較大，易受環(huán)境因素影響，電機(jī)的模型參數(shù)會(huì)隨時(shí)間推移而產(chǎn)生變化。因 此，每隔設(shè)定時(shí)間須對(duì)PID調(diào)節(jié)器中的比例、積分及微分控制器參數(shù)再次進(jìn)行調(diào)整。雖然一 些先進(jìn)控制理論可以使電機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)定控制，但這些算法通常須以被控對(duì)象精確的 數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，才能進(jìn)行正常工作。
[0005] 目前，針對(duì)掃描振鏡電機(jī)中的模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)的方法很多，較為簡(jiǎn)單的有脈沖 或階躍激勵(lì)法，即通過標(biāo)準(zhǔn)的階躍信號(hào)或脈沖信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)測(cè)試，以對(duì)模型參數(shù)進(jìn) 行辨識(shí)，上述方法實(shí)施簡(jiǎn)單，但精度偏低；而較復(fù)雜的模型參數(shù)辨識(shí)方法有最小二乘法，最 大似然法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，然而這些辨識(shí)算法存在著過于復(fù)雜不易實(shí)現(xiàn)或者收斂速度較慢、 易受到干擾、辨識(shí)結(jié)果精度降低等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高振鏡掃描電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)速度與精度的振 鏡掃描電機(jī)模型參數(shù)辨識(shí)方法，以解決【背景技術(shù)】中電機(jī)控制系統(tǒng)中不易實(shí)現(xiàn)、收斂速度慢、 辨識(shí)精度低的問題。
[0007] 為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種振鏡掃描電機(jī)模型參數(shù)辨識(shí)方 法，包括以下步驟：
[0008] 建立目標(biāo)電機(jī)的通用數(shù)學(xué)模型，所述目標(biāo)電機(jī)的通用數(shù)學(xué)模型包括依次連接的定 子線圈單元、轉(zhuǎn)子及負(fù)載單元和積分單元；
[0009] 在目標(biāo)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，向目標(biāo)電機(jī)輸入第一周期性電壓信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)，對(duì) 目標(biāo)電機(jī)輸出的第一電流信號(hào)進(jìn)行采樣；提取第一周期性電壓信號(hào)中角頻率為Ub的正弦 分量或者余弦分量并將提取的角頻率為Ub的正弦分量或者余弦分量轉(zhuǎn)換為第一激勵(lì)電壓 向量；提取第一電流信號(hào)中角頻率為《,的正弦分量或余弦分量并將提取的角頻率為ω 4勺 正弦分量或余弦分量轉(zhuǎn)換為第一電流向量；將第一激勵(lì)電壓向量和第一電流向量代入到所 述通用數(shù)學(xué)模型中，計(jì)算目標(biāo)電機(jī)中定子線圈單元的參數(shù)；
[0010] 在目標(biāo)電機(jī)處于非堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，向目標(biāo)電機(jī)輸入第二周期性電壓信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)， 對(duì)目標(biāo)電機(jī)輸出的第二電流信號(hào)及第二電機(jī)位置信號(hào)進(jìn)行采樣；提取第二電流信號(hào)中角頻 率為COub的正弦分量或余弦分量并將從第二電流信號(hào)中所提取的角頻率為ω ub的正弦或余 弦分量轉(zhuǎn)換為第二電流向量，提取第二電機(jī)位置信號(hào)中角頻率為Uub的正弦分量或余弦分 量并將從第二電機(jī)位置信號(hào)中所提取的角頻率為Uub的正弦或余弦分量轉(zhuǎn)換為第二電機(jī) 位置向量，將第二電流向量和第二電機(jī)位置向量代入到所述數(shù)學(xué)模型中，計(jì)算所述轉(zhuǎn)子及 負(fù)載單元的參數(shù)。
[0011] 進(jìn)一步地，所述通用數(shù)學(xué)模型還包括設(shè)置于所述轉(zhuǎn)子及負(fù)載單元的輸出端與所述 定子線圈單元的輸入端之間的反饋單元；
[0012] 在計(jì)算電機(jī)定子線圈單元的參數(shù)后、計(jì)算所述轉(zhuǎn)子及負(fù)載單元的參數(shù)之前，或者 在計(jì)算所述轉(zhuǎn)子及負(fù)載單元的參數(shù)之后還包括：
[0013] 在目標(biāo)電機(jī)處于非堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，向目標(biāo)電機(jī)輸入第三周期性電壓信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)， 對(duì)目標(biāo)電機(jī)輸出的第三電流信號(hào)、第三電機(jī)位置信號(hào)進(jìn)行采樣；分別提取第三周期性電壓 信號(hào)、第三電流信號(hào)、第三電機(jī)位置信號(hào)中角頻率為Ufb的正弦分量或余弦分量，并將從第 三周期性電壓信號(hào)、第三電流信號(hào)、第三電機(jī)位置信號(hào)中提取的角頻率為的正弦或余 弦分量分別轉(zhuǎn)換為第三激勵(lì)電壓向量、第三電流向量、第三電機(jī)位置向量；
[0014] 將第三電流向量及所述定子線圈單元的參數(shù)代入到所述通用數(shù)學(xué)模型中，計(jì)算出 電機(jī)定子線圈兩端的第三模型電壓向量；利用第三電機(jī)位置向量計(jì)算獲得第三電機(jī)轉(zhuǎn)速向 量，并利用第三激勵(lì)電壓向量與第三模型電壓向量計(jì)算得到第三電壓反饋向量；
[0015] 將第三電機(jī)轉(zhuǎn)速向量及第三電壓反饋向量帶入所述通用數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出所述反 饋單元中的反饋參數(shù)。
[0016] 其中，所述反饋單元的反饋參數(shù)包括反饋系數(shù)QfjP瞬態(tài)反饋系數(shù)K fd，或者所述反 饋單元的反饋參數(shù)只包括反饋系數(shù)Qfd。
[0017] 優(yōu)選地，所述角頻率Wub與角頻率ω fb相同；或者，角頻率ω b、角頻率COub和角頻 率Wfb相同。
[0018] 優(yōu)選地，所述定子線圈單元包括參數(shù)定子線圈等效電感Lrall和定子線圈等效電阻 Rrall，所述定子線圈單元中的參數(shù)Lrall和成一階慣性傳遞函數(shù)
[0019] 所述計(jì)算定子線圈單元的參數(shù)Lrall和Rrall包括：
[0020] 在所述目標(biāo)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，向所述目標(biāo)電機(jī)輸入有第一周期性電壓信號(hào)進(jìn) 行激勵(lì)，并對(duì)目標(biāo)電機(jī)輸出的第一電流信號(hào)進(jìn)行采樣，提取第一周期性電壓信號(hào)中角頻率 為cob的正弦分量電壓信號(hào)Uin_b，及所述第一電流信號(hào)中的角頻率為co b的正弦分量電流信 I out-b ;
[0021] 將所述Uin b和所述I ^t b轉(zhuǎn)為向量模式，得到： CN 105116329 A 說明書 3/14 頁(yè)
[0023] 根據(jù)在電機(jī)定子線圈一階慣性傳遞函數(shù)1
輸入角頻率為COb正弦 (余弦）信號(hào)時(shí)的幅頻特性，得到
[0024] 優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子及負(fù)載單元包括參數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)子等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jratcff、阻尼 轉(zhuǎn)矩系數(shù)Drotw，所述轉(zhuǎn)子及負(fù)載單元中的參數(shù)Jratw和D rot"構(gòu)成一階慣性傳遞函數(shù)
所述積分單元的傳遞函數(shù)為
[0025] 所述計(jì)算轉(zhuǎn)子及負(fù)載單元的參數(shù)包括：
[0026] 在目標(biāo)電機(jī)處于非堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，向所述目標(biāo)電機(jī)輸入第二周期性電壓信號(hào)進(jìn)行激 勵(lì)，待所述目標(biāo)電機(jī)自由轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定時(shí)間后，對(duì)目標(biāo)電機(jī)輸出的第二電流信號(hào)以及電機(jī)位置 信號(hào)進(jìn)行采樣，并提取第二電流信號(hào)及電機(jī)位置信號(hào)中角頻率為Uub的正弦分量信號(hào)Iciut+ ub及 〇 out-ub 0
[0027] 將所述1_>及Θ ^ 轉(zhuǎn)化為向量形式：
[0029] 再根據(jù)轉(zhuǎn)子及負(fù)載單元的一階慣性傳遞函1
及積分單元傳 遞函數(shù)〇^",⑷=1輸入角頻率為Coub的正弦信號(hào)時(shí)的幅頻特性，得到： S'
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還包括一種振鏡掃描電機(jī)模型參數(shù)的辨識(shí)裝置，包括以 下裝置：
[0032] 通用數(shù)學(xué)模型建立模塊，用于建立目標(biāo)電機(jī)的通用數(shù)學(xué)模型，所述目標(biāo)電機(jī)的通 用數(shù)學(xué)模型包括依次連接的定子線圈單元、轉(zhuǎn)子及負(fù)載單元和積分單元；
[0033] 定子線圈單元參數(shù)計(jì)算模塊，用于在目標(biāo)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，向目標(biāo)電機(jī)輸入 第一周期性電壓信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)，對(duì)目標(biāo)電機(jī)輸出的第一電流信號(hào)進(jìn)行采樣；提取第一周期 性電壓信號(hào)中角頻率為Ub的正弦分量或者余弦分量并將提取的角頻率為ω b的正弦分量 或者余弦分量轉(zhuǎn)換為第一激勵(lì)電壓向量；提取第一電流信號(hào)中角頻率為Ub的正弦分量或 余弦分量并將提取的角頻率為Ub的正弦分量或余弦分量轉(zhuǎn)換為第一電流向量；將第一激 勵(lì)電壓向量和第一電流向量代入到所述通用數(shù)學(xué)模型中，計(jì)算目標(biāo)電機(jī)中定子線圈單元的 參數(shù)；
[0034] 轉(zhuǎn)子及負(fù)載單元參數(shù)計(jì)算模塊，用于在目標(biāo)電機(jī)處于非堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，向目標(biāo)電機(jī) 輸入第二周期性電壓信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)，對(duì)目標(biāo)電機(jī)輸出的第二電流信號(hào)及第二電機(jī)位置信號(hào) 進(jìn)行采樣；提