伺服动态测试仪及其测试方法

专利名称：伺服动态测试仪及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种数字控制系统中的伺服测量技术，具体的说是 一种伺 服动态测试仪及其测试方法。
背景技术：
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专业计 算机系统，具有微内核、系统精简、高实时性、专业性特点，因此非常适 合用于机电控制系统。就嵌入式操作系统来讲，目前市场上主流的有
WindowsCE、 VxWorks、 Linux、 jiC/OSII等，WindowsCE是一个开放性好、 可裁剪的、32位嵌入式窗口操作系统，支持实时多任务处理，具有良好的 通信、线程响应能力和出色的图形界面，支持嵌套中断和微内核，因此被 广泛的应用于工业控制、汽车电子和个人电子消费品等领域。
伺服控制系统是数控机床的重要电控执行部分，其性能的优劣将直接 影响机床的加工速度和加工精度。如果不能量化检测出伺服控制系统的静 态性能并掌握其动态响应特性，会给伺服控制系统的开发和应用带来很大 的困难，从而无法对产品性能进行准确的评价和有针对性的改进。
近十几年来，我国的数控机床有了很大发展，但由于伺服系统的性能 对数控机床的精度有很大影响，国外各大公司对伺服系统的性能测试十分 重视，设有各种专门机构进行研究，且已经研制出多种测试装置，如曰本 的小野等。目前，我国已经制订了《数控机床交流伺服驱动单元通用技术 条件》(以下简称"标准")的囯家行业标准，国内也已引进数套测试装置， 主要用在研究院所和伺服系统生产厂家。但是这些引进的测试装置不但操 作复杂且价格昂贵， 一般在15万美元左右。国内伺服厂商和机床厂普遍通 过机床实测进行调试，调试周期长，针对性差，且很难量化评价测试驱动 单元的性能。根据国外和国内伺服性能测试系统应用的这种现状，急需开 发一套具有自主知识产权的高精度、高性价比的伺服动态测试系统，以提 高我国的伺服产品的性能，进而提高我们在数控产业中的核心竟争力。

发明内容
针对现有技术中存在的诸多不足之处，本发明要解决的技术问题在于 提供一种能够用来量化标准中所规定的伺服系统各性能指标的高精度、实 时性强、可动态加载的伺服测试仪。
为解决上述技术问题，本发明釆用的技术方案是
4本发明伺服动态测试仪具有
工控机，作为测试仪的显示控制终端，接收用户输入的控制命令、被 观'J伺服系统和负载伺服系统的编码器反馈信号以及转矩传感器的转矩信
号，实现测试流程控制和用户交互；
负载伺服系统，接收工控机的控制数据，通过伺服电机的反拖为被测
伺服系统提供高精度的动态加载；
转矩传感器，设于负载伺服系统伺服电机和被测伺服系统伺服电机之 间的连承轴上，其信号输出端接至工控机中的伺服控制卡。
所述工控机具有伺服控制卡及工业CPU卡，其中伺服控制卡包括主控 制模块、电源管理电路、ISA数据总线接口电路、ISA地址总线接口电路、 ISA控制总线接口电路、ISA中断接口电路、基准时钟电路、转矩输入接口 电路、DA转换电路、编码器检测输入电路、IO状态输入电路以及IO控制 输出电路，其中主控制模块通过ISA数据总线接口电路、ISA地址总线接 口电路、ISA控制总线接口电路以及ISA中断接口电路接至工业CPU卡， 主控制模块通过DA转换电路、编码器检测输入电路、IO状态输入电路及 IO控制输出电路分别与负载伺服驱动器和被测伺服驱动器相连；转矩传感 器通过转矩输入接口电路将转矩信号输入至主控制模块。
所述主控制模块为可编程逻辑模块，其内部包括ISA总线管理器、基 准时钟管理器、中断管理器、转矩检测管理器、DA转换管理器、编码器检 测管理器以及10控制管理器，工业CPU卡通过ISA总线管理器与基准时钟 管理器、中断管理器、转矩检测管理器、DA转换管理器、编码器检测模块 以及IO控制管理器进行数据交换；基准时钟管理器为中断管理器、转矩检测 管理器、DA转换管理器以及编码器检测管理器提供工作时钟；转矩检测管 理器接收转矩输入接口电路输入的转矩信号；DA转换管理器与DA转换电 路相连，实现转速、转矩指令的数模转换；编码器检测管理器处理编码器检 测输入电路的信号；IO控制管理器通过IO状态输入电路以及10控制输出 电路与被测伺服驱动器和负载伺服驱动器交换10数据。
本发明伺服动态测试仪的测试方法包括以下步骤
测试仪上电，启动测试主线程对测试仪进行参数配置和系统初始化， 建立数据文件目录；
启动状态监控线程，如监视被测伺服系统及负载伺服系统无报警产生， 且系统状态为"准备好"，则使能各伺服系统的伺服驱动器准备测试；
通过用户界面选择测试指标配置测试参数，生成测试数据文件；
启动工作线程，给定被测伺服系统及负载伺服系统测试需要的转速和 转矩指令；
运行过程中被测伺服系统或负载伺服系统如果没有发生报警，且不需 改变转速或转矩，则以相应公式计算所选择的性能指标并保存计算结果； 该性能指标测试结東。
5本发明还包括以下步骤
运行过程中被测伺服系统或负载伺服系统如果没有发生报警，且需要 改变转速或转矩，则回到"给定被测伺服系统及负载伺服系统测试需要的转 速和转矩指令"步骤，重新给定转速和转矩；
如果被测伺服系统及负载伺服系统状态没"准备好",则重新进行系统初 始化。
所述工作线程包括中断处理线程、存储线程、实时曲线处理线程以及 性能指标计算线程，其中中断处理线程具有以下步骤
中断处理线程入口刷新环形队列，并等待中断事件，当事件有信号时
CPU通过伺服控制卡驱动程序从ISA总线读取被测伺服电机编码器反馈及
转矩传感器的数据，并进行平均值滤波处理，计算被测伺服系统的转速值 及负载伺服系统的转矩值，如果内存中的环形队列非满，则将其存储到该
环形队列中，然后，对转矩值进行PID调节，通过ISA总线将经PID调节
后的转矩值发送至负载伺服驱动器形成闭环控制，本次中断处理结東，如 果被测伺服系统及负载伺服系统仍在运行，继续等待事件，重复上述过程， 否则线程结東；如果内存中的环形队列满，则被测伺服系统的转速值及负 载伺服系统的转矩值丟失，转至等待中断事件步骤。
所述存储线程将内存中的环形队列中的转矩值及转速值以文本格式和 二进制格式分别存储于测试数据文件中，针对不同的性能指标设置不同的 存储频率。
所述实时曲线处理线程向主线程发送曲线绘制消息，主线程读取环形 内存队列中的转速值和转矩值，并调用曲线绘制模块将被测伺服系统及负 载伺服系统的给定转速、反馈转速分别绘制在时间-转速和时间-转矩坐标系 中。
所述主线程对测试仪进行参数配置和系统初始化之前还包括曲线回放 步骤，即调用曲线绘制模块，利用读取的历史数据绘制曲线，并在工控机 的显示器上显示。
本发明具有以下有益效果及优点
1. 本发明建立起了伺服动态测试系统的框架结构，符合标准中所规定 的测试指标和测试方法要求，解决了伺服研发过程中难以对其进行定量评 估的难题；
2. 本发明通过嵌入式实时操作系统、ISA总线的硬中断、多线程程序 设计以及环形队列等方法使系统具备较高的实时性；
3. 本发明通过负载伺服系统对被测伺服系统做反拖，并对其转矩进行 PID闭环控制，可以实现高精度、高稳定性、高响应特性的动态加载；
4. 本发明中伺服控制卡的控制逻辑釆用VHDL(硬件编程语言)编写， IO驱动程序釆用分层的方法，从而使系统具有较好的通用性、可扩展性和 可移植性；5.具有友好的用户界面，操作方便，设备体积小，节约测试时间和成 本，可以大大提高伺服产品的性能和开发效率。


图1为本发明伺服动态测试仪的组成框图2为本发明中伺服控制卡结构图3为本发明中伺服控制卡的主控制模块结构图4为本发明伺服动态测试仪的测试流程图5为本发明测试流程图中中断处理线程的流程图6为本发明 一个实施例的动态测试示意图。
具体实施例方式
本发明伺服动态测试仪基于工业PC技术和嵌入式实时操作系统，依据 标准中规定的要求，选择了额定输入容量、正反转速差、转速变化率、调 速范围、稳定性(动态速降、恢复时间)、稳速精度(时间变化、电压变化)、 跟随性(超调量、上升时间、调节时间)等ll个指标作为测试对象。本实 施例基于X86体系结构的WindowsCE操作系统和交流伺服系统，以测试仪 软件即交流伺服动态测试仪的测试流程作为控制和数据处理软件。
如图1所示，本发明伺服动态测试仪包括工控机、负载伺服系统(包
括负载伺服驱动器及负载伺服电机)以及转矩传感器，其中，工控机是整 个测试过程的控制显示部分，其硬件组成包括工业CPU卡、液晶显示器、 键盘、鼠标、开关电源以及伺服控制卡，开关电源为伺服控制卡提供24V 电源；伺服控制卡通过ISA总线连接至工业CPU卡，完成数据采集的硬件 功能部分；工控机的软件部分包括WindowsCE操作系统、测试仪软件系统 以及伺服控制卡驱动程序；负载伺服系统用来为被测伺服系统提供高精度、 高稳定性和高响应特性的动态加载；转矩传感器固定在连接负载伺服系统 中伺服电机和被测伺服系统中伺服电机的连承轴上，转矩传感器产生的方 波信号送到伺服控制卡上的转矩输入接口电路中。
如图2所示，为伺服控制卡结构图。伺服控制卡是实现伺服控制的核 心部分，主要由主控制模块和其他11个接口电路构成，该11个接口电路 分别为电源管理电路、ISA数据总线接口电路、ISA地址总线接口电路、ISA 控制总线接口电路、ISA中断接口电路、基准时钟电路、转矩输入接口电路、 DA转换电路、编码器检测输入电路、IO状态输入电路、IO控制输出电路。
上述电源管理电路的功能是为伺服控制卡中的各部分电路和对外接口 提供相应的供电电源，主要作用是根据电路要求进行电源的线性变换和低 通滤波，并在对外接口处加入短路保护电路，从而为各部分接口电路正常 工作提供电源供给方面的保证。
ISA数据总线接口电路、ISA地址总线接口电路、ISA中断接口电路以 及ISA控制总线接口电路的功能是控制主控制模块和工业CPU卡的ISA总 线之间的数据缓冲、信号隔离和电平转换，使控制主模块通过这些电路成为工业CPU卡的ISA上的IO式总线设备，使得测试仪系统软件可以通过
ISA总线的读写命令与主控制模块进行数据交换。
基准时钟电路为主控模块的内部控制逻辑的运行提供稳定的工作时钟。
转矩输入接口电路，将转矩传感器信号以方波信号的形式提供给主控 模块，用以计算转矩的大小。
DA转换电路，该电路将转速、转矩的数字量指令转换为伺服驱动器使 用的模拟量指令。
编码器检测输出电路，将2通道编码器反馈信号作为2路伺服驱动器 转速信号输入，编码器的信号经鉴向(即根据编码器的脉冲信号判断编码 器的旋转方向为正转还是反转)，四倍频处理后，送到主控模块。 IO状态输入电路，将两伺服系统的伺服状态信号送到主控模块。 IO控制输出电路，将伺服的控制命令分别送至两伺服系统的伺服驱动器。
如图3所示，为伺服控制卡的主控制模块组成框图，本实施例中主控 制模块采用可编程逻辑芯片(FPGA)，其控制逻辑釆用VHDL(硬件编程 语言)编写。可编程逻辑芯片的功能模块主要包括ISA总线管理器、DA 转换管理器、IO控制管理器、转矩检测管理器、中断管理器、编码器检测 管理器以及基准时钟管理器，其中，ISA总线管理器通过ISA数据总线接 口电路、ISA地址总线接口电路、ISA中断接口电路和ISA控制总线接口电 路连接至工业CPU卡，工业CPU卡通过ISA总线与主控制模块内的其他 模块进行数据交换；DA转换管理器通过DA转换电路接至两个伺服系统的 伺服驱动器；IO控制管理器通过IO状态输入电路和IO控制输出电路接至 两个伺服系统的伺服驱动器；转矩检测管理器通过转矩接口电路将传感器 的转矩信号输入到主控制模块；中断接口电路产生的中断信号通过中断管 理器送至主控制模块，编码器检测管理器通过编码器检测输入电路将编码 器信号送至主控制模块；基准时钟管理器为DA转换管理器、IO控制管理 器、转矩检测管理器、中断管理器、编码器检测管理器提供工作时钟。
上述ISA总线管理器主要提供总线地址译码控制、读写时序控制、总 线状态应答控制和总线中断控制功能，总线状态应答控制主要用于根据ISA 总线的控制时序回送应答状态，从而保证ISA总线读写动作的正确执行， 通过ISA总线地址译码和读写时序控制功能可以与DA转换管理器、IO控 制管理器、转矩检测管理器、中断管理器、编码器检测管理器进行数据交 换，ISA中断管理器为数据釆集提供中断信号。
DA转换管理器提供4路DA转换，分别为被测伺服系统及负载伺服系 统提供转速及转矩的DA转换；
转矩检测管理器用于实现转矩信号的测试与滤波，使用转矩检测M/T 方法完成转矩脉冲宽度计数。
8IO控制管理器主要完成被测伺服系统和负载伺服系统的状态反馈与控 制，包括伺服报警与清除、伺服使能、伺服准备好、同向检测等。
传统的WindowsCE驱动程序将所有的外围设备抽象为字节序列，并以
文件的形式表示这些设备，用户可以像访问文件一样访问这些设备，但是
这种方法不适合基于IO端口的设备访问，不能实现对端口中某一位的操作，
为此，本发明方法中伺服控制卡釆用了基于分层的驱动程序设计方法，避 免了上层应用程序直接访问硬件。该驱动模型包括两部分，上层为一套与
硬件无关的C函数集，即应用程序访问驱动程序的标准API接口，下层为 与具体硬件相关的功能操作函数，即真正的驱动部分。
本发明伺服动态测试仪的测试方法是通过测试仪软件即伺服动态测试 仪的测试流程实现的，该测试流程所完成的测试任务在软件中被划分为12 个模块，包括状参数配置模块、曲线绘制模块、曲线回放模块、测试控 制模块、环形队列、伺服状态显示模块、数据文件管理模块、状态监控线 程、中断处理线程、存储线程、性能指标计算线程、实时曲线处理线程， 由这些模块合作完成。如图4所示，其测试流程如下
测试仪上电，启动主线程对测试仪进行参数配置和系统初始化，建立 数据文件目录；上述主线程对测试仪进行参数配置和系统初始化之前还可 包括曲线回放步骤，即调用曲线绘制模块，利用读取的历史数据绘制曲线， 并在工控机的显示器上显示。
启动状态监控线程，监视被测伺服系统及负载伺服系统有无报警产生， 监视被测伺服系统及负载伺服系统状态是否"准备好"，如果"准备好"，则使 能被测伺服系统的伺服驱动器及负载伺服系统的伺服驱动器，准备测试； 如果被测伺服系统及负载伺服系统状态没"准备好"，则重新进行系统初始
通过用户界面选择测试指标配置测试参数，生成测试数据文件；可供 选择的测试指标包括被测伺服系统的跟随性(超调量、上升时间、调节时 间)、稳定性(动态速降、恢复时间)、稳速精度(时间变化、电压变化)、 额定输出容量、正反转速差以及转速变化率等，可供选择的配置测试参数 包括曲线颜色、PID参数以及中断周期等。
启动工作线程，给定被测伺服系统及负载伺服系统测试需要的转速和 转矩指令；
运行过程中被测伺服系统或负载伺服系统如果没有发生报警，且不需 改变转速或转矩，则以相应公式计算所选择的性能指标；如需要改变转速 或转矩，则回到"给定被测伺服系统及负载伺服系统测试需要的转速和转 矩指令"步骤，重新给定转速和转矩；如果发生报警，则测试结束。
该性能指标测试结東；
如果继续测试被测服系统的其他性能指标，则回到"通过用户界面选 择测试指标配置测试参数，生成测试数据文件"步骤，循环进行，直至全
9部指标测试完成。
本发明方法在系统初始化过程中，首先建立环形队列全局变量和建立 中断、注册中断事件，启动状态监控线程。其中，环形队列以共享全局变 量的方式实现线程间通讯，并作为高速数据釆集与低速数据处理之间的缓 冲，同时通过查询该共享内存的方法实现多个线程对同 一数据的互斥读写， 所谓查询，就是保证需要读的索引值必须为中断处理线程已经写完的索引
值，否则，读线程必须等待(sleep);
状态监控线程用于监视伺服的运行状态，包括准备好、报警、伺服运 行时间、伺服电机的转速和转矩，并通过状态显示模块显示出来，使用户 很容易的了解伺服每个时刻的运行状态。其中，两个伺服系统的准备好和 报警的状态显示是通过四个指示灯实现，当灯为绿色时表示已经准备好或 无报警，当灯为红色时表示没有准备好或报警。
所述工作线程包括中断处理线程、存储线程、实时曲线处理线程以及 性能指标计算线程，其中中断处理线程具有以下步骤，如图5所示
中断处理线程入口刷新环形队列，并等待中断事件，当事件有信号时 CPU通过伺服控制卡驱动程序从ISA总线读取被测伺服电机编码器反馈及 转矩传感器的数据，并进行平均值滤波处理(以消除外界信号的干扰)，计 算被测伺服系统的转速值及负载伺服系统的转矩值，如果内存中的环形队 列非满，则将其存储到该环形队列中，然后，对转矩值进行PID调节，通 过ISA总线将经PID调节后的转矩值发送至负载伺服驱动器形成闭环控制， 本次中断处理结東，如果被测伺服系统及负载伺服系统仍在运行，继续等 待事件，重复上述过程，否则线程结束；如果内存中的环形队列满，则被 测伺服系统的转速值及负载伺服系统的转矩值丢失，转至等待中断事件步 骤。
上述存储线程将内存中的环形队列中的转矩值及转速值以文本格式和 二进制格式分别存储于测试数据文件中，同时由于文件大小的限制，在满 足实际需要的情况下，针对不同的性能指标设置不同的存储频率，如在测 试时间变化的稳速精度时，伺服运行的时间大约为1小时，如果每个釆样 数据都需要保存到文本文件，则需要108M左右，显然保存这么多的数据不 但没有必要且打开这么大的文件比较费时，所以，可以每隔100ms保存一 次，基本满足测试要求。
由于在辅助线程中刷新控件存在不安全性，所以刷新控件的工作须在 主线程中实现，上述实时曲线处理线程将绘制消息用PostMessage发送到主 线程，主线程在消息处理中调用环形队列模块和曲线绘制模块，将实时数 据绘制在坐标系中，由于釆样的周期比较短(lms),曲线控件的刷新频率不 能很高，为了满足我们的实时显示要求，对曲线采用了翻页方式的方法， 曲线从X轴的最左端实时地向右显示，当曲线绘制到X轴最右端的时候， 将曲线清除并从时间轴最左端重新开始绘制，每次刷新100个点，即每
10100ms刷新一次。
上述性能指标计算线程，主要是根据标准中的测试方法，利用环形队 列中釆集到的数据进行计算，环形队列中的数据元素为由时间、反馈转速、 给定转速、给定转矩和反馈转速组成的结构体变量，各指标算法如下
1) 跟随性，包括上升时间、超调量和调节时间三个指标
上升时间从环形队列的队头查找第一次反馈转速非零的时刻tl，继 续向队尾方向查找第一次反馈转速大于额定转速的90%的时刻t2，则上升 时间Tr为
Tr=t2-tl
超调量从环形队列中找到大于稳态转速Nw的最大值Nmax,根据下 述公式计算
cr(%)=(Nmax-Nw)*画/Nw (%)
调节时间在环形队列中计算出稳态转速Nw，再从稳态的反馈转速过 程中选择一时刻，从该时刻开始向队头方向查找，找到反馈转速第一次大 于Nw^l+5。/。)或小于Nw承(l-5。/。)的时刻t3,则调节时间Ts为
Ts=t3-tl
2) 正反转速差空载条件下，输入额定转速的正反转速指令，计算出 正反转速Ncw、 Nccw,通过以下公式计算正反转速差AN:
AN(%)=(|Ncw- Nccw |/(Ncw+ Nccw))* 100%
3) 稳定性试验包括动态降落和恢复时间两个指标，算法如下 加载负载前，转速稳定后，计算出稳态转速Nwl;负载加载后，再次
稳定后的稳态转速Nw2，从达到稳态转速后的任一时刻开始向队头方向查 找第一次反馈转速大于Nw2(l+P/。)或小于Nw2(l-l。/。)的时刻t2，同时查找 反馈转速与Nwl差值的绝对值的最大值ANmax直到负载为零，并找到负 载开始非零的时刻tl，贝'J:
动态降落AZ (%)通过以下公式计算
△Z(%)=(ANmax/Nw 1 )* 100% 恢复时间Tf通过以下公式计算
TfN;2-tl
4) 稳速精度试验包括时间变化稳速精度和电压变化稳速精度，二者测 试给定条件不一样，但算法一致，查找实际测量的反馈转速与额定转速的 最大偏差MAX(INi-Nel),则稳速精度S为
S(%)=(MAX(|Ni-Ne|)/Ne)* 100%
5) 调速范围
从环形示波器队列中查找最大转速Nmax和最小转速Nmin，则调速范 围D为
D=Nmax/Nmin
6) 转速变化率S:S(%)= (N0-N1 ) /NO 其中NO为空载下的稳态转速同，Nl为加载NO转速下的最大负载后 的稳态转速；
7)额定输出容量
P=U*I
其中u为额定工作情况下的输出电压，I为额定工作情况下的输出电流。
当测试结束后需要查看测试过的实时数据的时候，可以选择曲线回放 模块，该模块调用曲线绘制模块并读取相应的数据文件中的数据，用曲线 的方式表示出来，以观察反馈曲线的跟随性。
1权利要求
1.一种伺服动态测试仪，其特征在于具有工控机，作为测试仪的显示控制终端，接收用户输入的控制命令、被测伺服系统和负载伺服系统的编码器反馈信号以及转矩传感器的转矩信号，实现测试流程控制和用户交互；负载伺服系统，接收工控机的控制数据，通过伺服电机的反拖为被测伺服系统提供高精度的动态加载；转矩传感器，设于负载伺服系统伺服电机和被测伺服系统伺服电机之间的连承轴上，其信号输出端接至工控机中的伺服控制卡。
2. 按权利要求1所述的伺服动态测试仪，其特征在于所述工控机具 有伺服控制卡及工业CPU卡，其中伺服控制卡包括主控制模块、电源管理 电路、ISA数据总线接口电路、ISA地址总线接口电路、ISA控制总线接口 电路、ISA中断接口电路、基准时钟电路、转矩输入接口电路、DA转换电 路、编码器检测输入电路、IO状态输入电路以及IO控制输出电路，其中主 控制模块通过ISA数据总线接口电路、ISA地址总线接口电路、ISA控制总 线接口电路以及ISA中断接口电路接至工业CPU卡，主控制模块通过DA 转换电路、编码器检测输入电路、IO状态输入电路及IO控制输出电路分别 与负载伺服驱动器和被测伺服驱动器相连；转矩传感器通过转矩输入接口 电路将转矩信号输入至主控制模块。
3. 按权利要求2所述的伺服动态测试仪，其特征在于所述主控制模 块为可编程逻辑模块，其内部包括ISA总线管理器、基准时钟管理器、中 断管理器、转矩检测管理器、DA转换管理器、编码器检测管理器以及IO 控制管理器，工业CPU卡通过ISA总线管理器与基准时钟管理器、中断管 理器、转矩检测管理器、DA转换管理器、编码器检测模块以及IO控制管 理器进行数据交换；基准时钟管理器为中断管理器、转矩检测管理器、DA转 换管理器以及编码器检测管理器提供工作时钟；转矩检测管理器接收转矩输 入接口电路输入的转矩信号；DA转换管理器与DA转换电路相连，实现转 速、转矩指令的数模转换；编码器检测管理器处理编码器检测输入电路的信 号；IO控制管理器通过IO状态输入电路以及IO控制输出电路与被测伺服 驱动器和负载伺服驱动器交换IO数据。
4. 一种伺服动态测试仪的测试方法，其特征在于包括以下步骤 测试仪上电，启动测试主线程对测试仪进行参数配置和系统初始化，建立数据文件目录；启动状态监控线程，如监视被测伺服系统及负载伺服系统无报警产生， 且系统状态为"准备好"，则使能各伺服系统的伺服驱动器准备测试；通过用户界面选择测试指标配置测试参数，生成测试数据文件；启动工作线程，给定被须'H司服系统及负载伺服系统测试需要的转速和 转矩指令；运行过程中被测伺服系统或负载伺服系统如果没有发生报警，且不需改变转速或转矩，则以相应公式计算所选择的性能指标并保存计算结果；该性能指标测试结東。
5. 按权利要求4所述伺服动态测试仪的测试方法，其特征在于还包括 以下步骤运行过程中被测伺服系统或负载伺服系统如果没有发生报警，且需要 改变转速或转矩，则回到"给定被测伺服系统及负载伺服系统测试需要的转 速和转矩指令"步骤，重新给定转速和转矩。
6. 按权利要求4所述伺服动态测试仪的测试方法，其特征在于还包括 以下步骤如果被测伺服系统及负载伺服系统状态没"准备好"，则重新进行系统初 始化。
7. 按权利要求4所述伺服动态测试仪的测试方法，其特征在于所述 工作线程包括中断处理线程、存储线程、实时曲线处理线程以及性能指标 计算线程，其中中断处理线程具有以下步骤中断处理线程入口刷新环形队列，并等待中断事件，当事件有信号时 CPU通过伺服控制卡驱动程序从ISA总线读取被测伺服电机编码器反馈及 转矩传感器的数据，并进行平均值滤波处理，计算被测伺服系统的转速值 及负载伺服系统的转矩值，如果内存中的环形队列非满，则将其存储到该 环形队列中，然后，对转矩值进行PID调节，通过ISA总线将经PID调节 后的转矩值发送至负载伺服驱动器形成闭环控制，本次中断处理结東，如 果被测伺服系统及负载伺服系统仍在运行，继续等待事件，重复上述过程， 否则线程结東；如果内存中的环形队列满，则被测伺服系统的转速值及负 载伺服系统的转矩值丢失，转至等待中断事件步骤。
8. 按权利要求7所述伺服动态测试仪的测试方法，其特征在于所述存储线程将内存中的环形队列中的转矩值及转速值以文本格式和 二进制格式分别存储于测试数据文件中，针对不同的性能指标设置不同的 存储频率。
9. 按权利要求7所述的伺服动态测试仪的测试方法，其特征在于所 述实时曲线处理线程向主线程发送曲线绘制消息，主线程读取环形内存队 列中的转速值和转矩值，并调用曲线绘制模块将被测伺服系统及负载伺服 系统的给定转速、反馈转速分别绘制在时间-转速和时间-转矩坐标系中。
10. 按权利要求4所述的伺服动态测试仪的测试方法，其特征在于所 述主线程对测试仪进行参数配置和系统初始化之前还包括曲线回放步骤， 即调用曲线绘制模块，利用读取的历史数据绘制曲线，并在工控机的显示 器上显示。
全文摘要
本发明涉及一种伺服动态测试仪及其测试方法，具有工控机，接收用户输入的控制命令、各伺服系统的编码器反馈信号以及转矩传感器的转矩信号；负载伺服系统，通过伺服电机的反拖为被测伺服系统提供动态加载；转矩传感器，设于负载伺服系统伺服电机和被测伺服系统伺服电机之间的连承轴上，其信号输出端接至工控机中的伺服控制卡；测试方法包括系统初始化，建立数据文件目录；启动状态监控线程，使能各伺服系统准备测试；选择测试指标配置测试参数；启动工作线程，给定转速和转矩指令；两伺服系统如果没有报警，计算性能指标并保存。本发明解决了伺服研发过程中难以对其进行定量评估的难题，可以实现高精度、高稳定性、高响应特性的动态加载。
文档编号G05B19/4062GK101493684SQ200810010219
公开日2009年7月29日 申请日期2008年1月25日 优先权日2008年1月25日
发明者平 何, 洋 刘, 宇 孙, 王广宇, 王志成, 王玉菊, 高东林 申请人:沈阳高精数控技术有限公司;中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司