一種獲取伺服系統(tǒng)頻率特性的方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種獲取伺服系統(tǒng)頻率特性的方法，包括：將Chirp信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)輸入伺服系統(tǒng)；對(duì)所述Chirp信號(hào)和所述伺服系統(tǒng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，根據(jù)快速傅里葉變換的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算得到所述伺服系統(tǒng)的頻率特性。本發(fā)明還公開(kāi)了一種獲取頻率特性的裝置。本發(fā)明解決了掃頻法無(wú)法快速準(zhǔn)確的獲取伺服系統(tǒng)的頻率特性的問(wèn)題，大大提高了獲取頻率特性的效率，加強(qiáng)了獲取到的頻率特性的準(zhǔn)確性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種獲取伺服系統(tǒng)頻率特性的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及伺服系統(tǒng)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種獲取頻率特性的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，交流伺服系統(tǒng)中的頻率特性在多方面為提升伺服系統(tǒng)性能的研究提供幫助，其中最為主要的是應(yīng)用在機(jī)械諧振抑制中。若伺服系統(tǒng)能預(yù)先準(zhǔn)確獲得諧振特性，就可以通過(guò)參數(shù)調(diào)整或投入陷波濾波器使得系統(tǒng)避免機(jī)械諧振，也能減少在線抑制算法對(duì)資源的占用問(wèn)題。所以快速且準(zhǔn)確的獲取頻率特性在交流伺服系統(tǒng)中是十分必要的。
[0003]常見(jiàn)的頻率特性獲取方法主要有掃頻法，沖激響應(yīng)法，白噪聲法等。掃頻儀就是基于掃頻法的頻率特性獲取設(shè)備。沖激響應(yīng)法的脈沖信號(hào)越窄諧波分量越高，但窄脈沖一般由于沖激能量不夠理想很難保證特性的準(zhǔn)確性，易受噪聲干擾。白噪聲法雖然優(yōu)點(diǎn)是可以包含所有的頻率成分，但必須有足夠的時(shí)間長(zhǎng)度才能保證“白”特性，目前，許多國(guó)內(nèi)外伺服驅(qū)動(dòng)器廠商都在做頻率特性獲取方面的研究，主要的方法也都是運(yùn)用掃頻方式獲取Bode圖。而要在開(kāi)環(huán)下掃頻得到機(jī)械諧振特性，就要注意低頻信號(hào)的累積對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，所以用掃頻法很難快速準(zhǔn)確地獲取低頻段的頻率特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是提供一種獲取頻率特性的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中使用掃頻法無(wú)法快速準(zhǔn)確的獲取伺服系統(tǒng)的頻率特性的問(wèn)題。
[0005]在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述獲取頻率特性的方法包括:將Chirp信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)輸入伺服系統(tǒng)；對(duì)所述Chirp信號(hào)和所述伺服系統(tǒng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，根據(jù)快速傅里葉變換的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算得到所述伺服系統(tǒng)的頻率特性。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種獲取頻率特性的裝置。
[0007]在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述獲取頻率特性的裝置包括:信號(hào)輸出模塊，用于輸出作為轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)的Chirp信號(hào)到伺服系統(tǒng)；解析模塊，用于對(duì)所述Chirp信號(hào)和所述伺服系統(tǒng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，根據(jù)所述快速傅里葉變換的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算獲得所述伺服系統(tǒng)的頻率特性。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例包括以下優(yōu)點(diǎn):
[0009]Chirp信號(hào)的頻段帶有截止范圍，與白噪音相比可以更快的得到伺服系統(tǒng)的頻率特性，并且Chirp信號(hào)比白噪音的信號(hào)呈現(xiàn)更為平滑，使得獲取到的伯德圖上的噪音大大減少，得到的伺服系統(tǒng)的頻率特性的準(zhǔn)確性得到了保證。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:[0011]圖1是按照本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例的應(yīng)用框圖；
[0012]圖2是按照本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例的流程圖；
[0013]圖3是按照本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例的Chirp信號(hào)的波形圖；
[0014]圖4是按照本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例的諧振測(cè)試結(jié)果伯德圖；以及，
[0015]圖5是按照本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在以下詳細(xì)描述中，提出大量特定細(xì)節(jié)，以便于提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，即使沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)也可實(shí)施本發(fā)明。在其它情況下，沒(méi)有詳細(xì)描述眾所周知的方法、過(guò)程、組件和電路，以免影響對(duì)本發(fā)明的理解。
[0017]圖1為帶有機(jī)械諧振負(fù)載的交流伺服系統(tǒng)。系統(tǒng)為速度開(kāi)環(huán)電流閉環(huán)系統(tǒng)，運(yùn)用磁場(chǎng)定向的矢量控制方式，將電流ia、ib經(jīng)過(guò)Clark變換轉(zhuǎn)換到α β兩相坐標(biāo)系上的ia、ie，再經(jīng)過(guò)Park變換轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下id、iq。通過(guò)將:^和i,兩組PI控制器后的dq軸電壓給定信號(hào)V_f、VdMf經(jīng)反Park變換和SVPWM空間電壓矢量控制后作用在電機(jī)上完成伺服系統(tǒng)的速度開(kāi)環(huán)控制。這里沒(méi)有考慮閉環(huán)是因?yàn)闉榱双@取機(jī)械諧振的頻率特性，只有在開(kāi)環(huán)下才能準(zhǔn)確的得到，閉環(huán)會(huì)對(duì)部分頻率特性產(chǎn)生抑制效果。圖1中i_f為q軸電流給定，Idref為d軸電流給定，η為電機(jī)轉(zhuǎn)速，Θ e為位置信息。
[0018]機(jī)械諧振會(huì)在原有空載系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)上增加一對(duì)零極點(diǎn)，在Bode圖上的顯示就是增加一對(duì)波谷、峰。所以該實(shí)施例以能準(zhǔn)確的繪制出對(duì)應(yīng)的共軛零極點(diǎn)頻率為標(biāo)準(zhǔn)。我們將由諧振負(fù)載產(chǎn)生的這對(duì)共軛零極點(diǎn)分別稱(chēng)為抗諧振頻率ARF和自然振動(dòng)頻率NTF0諧振頻率與電機(jī)慣量J1和負(fù)載慣量J2及負(fù)載彈性系數(shù)K有關(guān)，其具體關(guān)系如下:
【權(quán)利要求】
1.一種獲取頻率特性的方法，其特征在于，包括: 將Chirp信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)輸入伺服系統(tǒng)； 對(duì)所述Chirp信號(hào)和所述伺服系統(tǒng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，根據(jù)快速傅里葉變換的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算得到所述伺服系統(tǒng)的頻率特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述Chirp信號(hào)的掃頻幅值為所述伺服系統(tǒng)的額定工作電流的0.8~1.2倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述Chirp信號(hào)的掃頻幅值為所述伺服系統(tǒng)的額定工作電流的I倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，通過(guò)快速傅里葉變換獲得所述Chirp信號(hào)及轉(zhuǎn)速信號(hào)的相同頻率ω r的同相正交分量，根據(jù)所述Chirp信號(hào)及轉(zhuǎn)速信號(hào)的相同頻率的同相正交分量計(jì)算得到所述伺服系統(tǒng)的頻率特性； 其中，所述Chirp信號(hào)的正交分量為Ri(C^r) = AiCos Qi (ωr) =AiSin(J)i;所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)的正交分量為尺。(《 J = A0Cos Φ0, Q0(ωr) = AQsin Φ。。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算得到所述伺服系統(tǒng)的頻率特性的過(guò)程包括: 按照如下公式計(jì)算出所述伺服系統(tǒng)的幅頻iG(jc^) I，以及相角φ (G^);:
6.一種獲取頻率特性的裝置，其特征在于，包括: 信號(hào)輸出模塊，用于輸出作為轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)的Chirp信號(hào)到伺服系統(tǒng)； 解析模塊，用于對(duì)所述Chirp信號(hào)和所述伺服系統(tǒng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，根據(jù)所述快速傅里葉變換的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算獲得所述伺服系統(tǒng)的頻率特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述Chirp信號(hào)的掃頻幅值為所述伺服系統(tǒng)的額定工作電流的0.8~1.2倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述Chirp信號(hào)的掃頻幅值為所述伺服系統(tǒng)的額定工作電流的I倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的裝置，其特征在于，所述解析模塊包括: 正交分量計(jì)算模塊，用于通過(guò)快速傅里葉變換獲得所述Chirp信號(hào)及轉(zhuǎn)速信號(hào)的相同頻率的同相正交分量；以及， 解析子模塊，用于根據(jù)所述Chirp信號(hào)及轉(zhuǎn)速信號(hào)的相同頻率的同相正交分量計(jì)算得到所述伺服系統(tǒng)的頻率特性； 其中，所述Chirp信號(hào)的正交分量為Ri(C^r) = AiCos Qi (ωr) =AiSin(J)i;所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)的正交分量為尺。(《 J = A0Cos Φ0, Q0(ωr) = AQsin Φ。。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述解析子模塊包括:幅頻計(jì)算模塊，用于按照公式
【文檔編號(hào)】G01R23/16GK104007317SQ201410243048
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】楊明, 董傳洋, 徐殿國(guó) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)