一种伺服驱动器带宽测试装置和方法与流程

本发明涉及性能测试领域，尤其涉及一种伺服驱动器带宽测试装置和方法。

背景技术：

在《交流伺服驱动器通用技术条件》(jb/t10184-2000)中规定了伺服驱动器带宽的测试方法，该方法具体为：当伺服驱动器工作在速度环模式下，输入正弦波转速指令，其幅值为额定转速值的0.01倍，频率由1hz逐渐升高，记录电机对应的转速曲线，随着指令正弦波频率的提高，电机实际转速的波形曲线相对于指令正弦波曲线的相位滞后逐渐增大，而幅值逐渐减小，相位滞后增大到90°时的频率作为伺服驱动器90°相移的频带宽度，幅值减小为指令值的0.707倍时对应的频率作为伺服驱动器的带宽。上述测试方法仅对速度环模式适用，目前，对电流环模式没有一个标准或者方法来测试带宽。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种伺服驱动器带宽测试装置和方法，以解决现有技术中无法在电流环模式下进行伺服驱动器的带宽测试的问题。

本发明一方面提供一种伺服驱动器带宽测试装置，包括：伺服驱动器、伺服电机、测试单元和电流转电压单元；所述伺服驱动器与伺服电机通过u、v、w线连接；所述测试单元与所述伺服驱动器连接，用于在所述伺服驱动器工作在电流环模式时产生激励信号，并向所述伺服驱动器发送所述激励信号；所述电流转电压单元串联在所述伺服驱动器与所述伺服电机连接的u线上并与所述测试单元连接，用于在所述测试单元向所述伺服驱动器发送所述激励信号后，检测所述伺服电机的u相电流，并将所述u相电流转换为电压信号以作为响应信号反馈给所述测试单元；所述测试单元进一步用于接收所述电流转电压单元反馈的所述响应信号，并根据所述激励信号和所述响应信号确定所述伺服驱动器的带宽。

可选地，所述伺服驱动器带宽测试装置还包括：固定装置，用于固定所述伺服电机的电机轴；其中，进行所述伺服驱动器带宽测试之前，调整所述伺服电机的电机轴位置，当所述伺服电机的电角度达到预定电角度时，利用所述固定装置固定所述伺服电机的电机轴。

可选地，所述固定装置为三爪卡盘。

可选地，所述预定电角度为90°或-90°。

可选地，所述测试单元进一步用于：对所述激励信号和所述响应信号进行处理，以得到所述响应信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线；根据所述响应信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线确定所述伺服驱动器的带宽。

可选地，所述测试单元进一步用于：查找所述幅频特性曲线上幅值为-3db时对应的频率，以确定为所述伺服驱动器的带宽；和/或，查找所述相频特性曲线上相位为90°时对应的频率，以确定为所述伺服驱动器的带宽。

本发明另一方面踢动一种伺服驱动器带宽测试方法，所述伺服驱动器与伺服电机通过u、v、w线连接，所述方法包括：在所述伺服驱动器工作在电流环模式时，向所述伺服驱动器发送激励信号；检测所述伺服电机的u相电流，并将所述u相电流转换为电压信号以作为响应信号；根据所述激励信号和所述响应信号确定所述伺服驱动器的带宽。

可选地，所述伺服驱动器带宽测试方法还包括：进行所述伺服驱动器带宽测试之前，调整所述伺服电机的电机轴位置，当所述伺服电机的电角度达到预定电角度时，利用固定装置固定所述伺服电机的电机轴。

可选地，所述固定装置为三爪卡盘。

可选地，所述预定电角度为90°或-90°。

可选地，根据所述激励信号和所述响应信号确定所述伺服驱动器的带宽，包括：对所述激励信号和所述响应信号进行处理，以得到所述响应信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线；根据所述响应信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线确定所述伺服驱动器的带宽。

可选地，根据所述响应信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线确定所述伺服驱动器的带宽，包括：查找所述幅频特性曲线上幅值为-3db时对应的频率，以确定为所述伺服驱动器的带宽；和/或，查找所述相频特性曲线上相位为90°时对应的频率，以确定为所述伺服驱动器的带宽。

根据本发明的技术方案，在伺服驱动器工作在电流环模式时，产生激励信号，并向所述伺服驱动器发送所述激励信号；并检测所述伺服电机的u相电流，并将所述u相电流转换为电压信号以作为响应信号，从而根据所述激励信号和所述响应信号确定所述伺服驱动器的带宽，实现了电流环模式下的伺服驱动器频带宽度的测试。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明提供的伺服驱动器带宽测试装置的一实施例的结构示意图；

图2是本发明提供的伺服驱动器带宽测试方法的一实施例的方法示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本发明提供的伺服驱动器带宽测试装置一实施例的结构示意图。

如图1所示，所述伺服驱动器带宽测试装置1包括伺服驱动器10、伺服电机20、测试单元30和电流转电压单元40；所述伺服驱动器10与伺服电机20的u、v、w线连接。

所述测试单元30与所述伺服驱动器10连接，用于在所述伺服驱动器10工作在电流环模式时产生激励信号，并向所述伺服驱动器10发送所述激励信号；所述电流转电压单元40串联在所述伺服驱动器10与所述伺服电机20连接的u线上，并与所述测试单元30连接，用于在所述测试单元30向所述伺服驱动器10发送所述激励信号后，检测所述伺服电机20的u相电流，并将所述u相电流转换为电压信号以作为响应信号反馈给所述测试单元30；所述测试单元30进一步用于接收所述电流转电压单元40反馈的所述响应信号，并根据所述激励信号和所述响应信号确定所述伺服驱动器10的带宽。

进一步地，所述伺服驱动器带宽测试装置1还包括固定装置(图未示)，用于固定所述伺服电机20的电机轴；其中，进行所述伺服驱动器带宽测试之前，调整所述伺服电机20的电机轴位置，当所述伺服电机20的电角度达到预定电角度时，利用所述固定装置固定所述伺服电机20的电机轴。其中，所述固定装置具体可以为三爪卡盘。

在进行所述伺服驱动器带宽测试之前，先将所述伺服电机20和三爪卡盘固定在电机工装上，使所述伺服驱动器10的显示面板显示所述伺服电机20的电角度，转动伺服电机20的电机轴，当显示的电角度达到预定电角度时，利用三爪卡盘固定所述伺服电机20的电机轴。所述预定电角度优选地取为+90°或者-90°，以使得所述伺服电机20的u相电流为正向最大，v、w两相电流相等且为负向，从而保证激励信号与响应信号的相位、幅值一致，进而准确得到所述伺服驱动器10的带宽；使用固定装置(三爪卡盘)固定电机轴时，使固定后所述伺服驱动器10的显示面板显示的电角度与所述预定电角度的差值的绝对值小于等于预定阈值，所述预定阈值例如可以为1°，也就是说，使所述伺服电机20的电角度与预定电角度的差值的绝对值不超过1°。将所述伺服驱动器10设置为电流环模式运行，所述测试单元30产生正弦信号，并作为激励信号向所述伺服驱动器10发送，以激励所述伺服驱动器10，其中，所述激励信号的频率逐渐升高，例如，从1hz逐渐升高到2000hz。所述测试单元30具体可以通过上位机和上位软件实现，上位机通过所述上位软件产生用于激励所述伺服驱动器的所述正弦信号，例如，利用labview(laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench)编程产生从1hz逐渐升高到2000hz的正弦信号，以及对所述正弦信号和所述响应信号进行分析处理。

此时，所述伺服驱动器10与所述伺服电机20连接的u、v、w线将会有电流，所述电流转电压单元检测u相电流，并将所述u相电流转换成电压信号作为响应信号反馈给所述测试单元30，所述测试单元30对所述激励信号和所述响应信号进行处理，以得到所述响应信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线；并根据所述响应信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线确定所述伺服驱动器10的带宽。

具体地，所述测试单元30对所述激励信号和所述响应信号利用fft(快速傅里叶变换)进行分析处理，以得到所述电压信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线。其中，所述幅频特性曲线即根据所述响应信号与所述激励信号的幅值比绘制的特性曲线，其横轴表示频率，纵轴表示幅值；所述相频特性曲线即根据所述响应信号与所述激励信号的相位差绘制的特性曲线，其横轴表示频率，纵轴表示相位；因此，查找所述幅频特性曲线上幅值为-3db时对应的频率，以确定为所述伺服驱动器的带宽；和/或，查找所述相频特性曲线上相位为90°时对应的频率，以确定为所述伺服驱动器的带宽。应注意，对所述激励信号和所述响应信号进行分析处理的方式不限于fft，还可以利用其他的信号处理方式对所述激励信号和所述响应信号进行分析处理。

图2是本发明提供的伺服驱动器带宽测试方法的一实施例的方法示意图。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，所述伺服驱动器带宽测试方法至少包括步骤s110、步骤s120和步骤s130。其中，所述伺服驱动器与伺服电机通过u、v、w线连接。

步骤s110，在所述伺服驱动器工作在电流环模式时，向所述伺服驱动器发送激励信号。

具体而言，将所述伺服驱动器的工作模式设置为电流环(或转矩环)模式，产生正弦信号作为激励信号向所述伺服驱动器发送，用于激励所述伺服驱动器。其中，所述激励信号的频率逐渐升高，例如从1hz逐渐升高到2000hz。具体地，可以利用信号发生器产生正弦信号，或者通过编程产生所需的正弦信号，例如，利用labview(laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench)编程产生从1hz逐渐升高到2000hz的正弦信号。

步骤s120，检测所述伺服电机的u相电流，并将所述u相电流转换为电压信号以作为响应信号。

具体地，向所述伺服驱动器发送激励信号，所述u、v、w线上将会有电流，此时检测所述伺服驱动器与所述伺服电机连接的u线上电流，即所述伺服电机的u相电流。例如，可以通过在所述u线上串联电流转电压电路来检测u线上的电流(即所述伺服电机的u相电流)，再将检测到的u相电流转换为电压信号，以作为(所述激励信号的)响应信号。

步骤s130，根据所述激励信号和所述响应信号确定所述伺服驱动器的带宽。

具体地，对所述激励信号和所述响应信号进行处理，以得到所述响应信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线；并根据所述响应信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线确定所述伺服驱动器的带宽。更具体而言，对所述激励信号和所述响应信号利用fft(快速傅里叶变换)进行分析处理，以得到所述电压信号与所述激励信号的幅频特性曲线和/或相频特性曲线。其中，所述幅频特性曲线即根据所述响应信号与所述激励信号的幅值比绘制的特性曲线，其横轴表示频率，纵轴表示幅值；所述相频特性曲线即根据所述响应信号与所述激励信号的相位差绘制的特性曲线，其横轴表示频率，纵轴表示相位；因此，查找所述幅频特性曲线上幅值为-3db时对应的频率，以确定为所述伺服驱动器的带宽，即所述伺服驱动器-3db的频带宽度；和/或，查找所述相频特性曲线上相位为90°时对应的频率，以确定为所述伺服驱动器的带宽，即所述伺服驱动器相移90°时的频带宽度。应注意，对所述激励信号和所述响应信号进行分析处理的方式不限于fft，还可以利用其他的信号处理方式对所述激励信号和所述响应信号进行分析处理。

基于上述实施例，优选地，所述方法还包括：进行所述伺服驱动器带宽测试之前，调整所述伺服电机的电机轴位置，当所述伺服电机的电角度达到预定电角度时，利用固定装置固定所述伺服电机的电机轴。

所述固定装置具体可以为三爪卡盘。具体地，在进行所述伺服驱动器带宽测试之前，先将所述伺服电机和三爪卡盘固定在电机工装上，使所述伺服驱动器的显示面板显示所述伺服电机的电角度，转动所述伺服电机的电机轴，当显示的电角度达到预定电角度时，利用三爪卡盘固定所述伺服电机的电机轴。所述预定电角度优选地取为+90°或者-90°，以使得所述伺服电机的u相电流为正向最大，v、w两相电流相等且为负向，从而保证激励信号与响应信号的相位、幅值一致，进而准确得到所述伺服驱动器的带宽；使用三爪卡盘固定电机轴时，使固定后所述伺服驱动器的显示面板显示的电角度与所述预定电角度的差值的绝对值小于等于预定阈值，所述预定阈值例如可以为1°，也就是说，使所述伺服电机的电角度与预定电角度的差值的绝对值不超过1°。

据此，本发明提供的方案在伺服驱动器工作在电流环模式时，产生激励信号，并向所述伺服驱动器发送所述激励信号；并检测所述伺服电机的u相电流，并将所述u相电流转换为电压信号以作为响应信号，从而根据所述激励信号和所述响应信号确定所述伺服驱动器的带宽，实现了电流环模式下的伺服驱动器频带宽度的测试。

本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。