一种伺服系统的测试装置的制作方法

本发明涉及仿真及测试技术领域，更具体地说，尤其涉及一种伺服系统的测试装置。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，伺服系统被广泛的应用于航空航天、兵器、船舶及工业自动化等领域。

其中，伺服系统(servomechanism)用以精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。从伺服系统组成元件的性质来说明，伺服系统分为电气伺服系统、液压伺服系统、电气-液压伺服系统及电气-电气伺服系统等。

以电气伺服系统为例说明，电气伺服系统主要包括：控制器、功率驱动器、电机及旋转编码器。控制器用于按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，进而调节控制量。功率驱动器为该电气伺服系统的主回路，主要功能有：其一，按照控制量的大小将电网中的电能作用到电动机上，调节电机转矩的大小；其二，按照电机的要求将恒压恒频的电网供电装换为电机需求的交流电或直流电。电机按照供电大小拖动机械运转。

随着伺服系统交流化、数字化及集成化的发展趋势，对伺服系统产品的测试具有很重要的地位，现有的伺服系统的测试技术为传统的电气控制箱、万用表及示波器等。例如，当采用该技术手段对伺服系统产品中的控制器测试时，通过电气控制箱发送数字量和模拟量至被测控制器，通过万用表和示波器采集被测控制器的输出量，最终将采集到的输出量跟理论值对比分析，进而判断被测控制器的功能是否满足要求。同理，在对伺服系统产品中的功率驱动器进行测试时，通过技术人员将模拟控制量通过电气控制箱输入至功率驱动器，通过示波器采集功率驱动器输出的PWM信号，并对信号分析处理。

由此可知，该测试方法是对伺服系统中被测设备的一个静态测试的过程，而伺服系统的工作过程本身是一个动态工作过程，那么如何更加准确的对伺服系统进行测试是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种伺服系统的测试装置，该测试装置解决了现有技术根据输入量测量被测设备的输出量这一静态测试过程，通过模拟被测设备的伺服系统环境，实现了伺服系统的动态测量，使测量结果更加准确。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种伺服系统的测试装置，所述伺服系统包括：控制器、功率驱动器、电机及旋转编码器，所述测试装置包括：实时模拟模块及主测试模块；

其中，所述测试装置包括：第一测试模式、第二测试模式及第三测试模式；

所述实时模拟模块用于在所述第一测试模式、所述第二测试模式及所述第三测试模式下模拟所述伺服系统中相对应的设备；

所述主测试模块用于发送测试信号至被测设备；

所述被测设备依据所述测试信号生成目标反馈信号至所述测试装置，所述测试装置依据所述目标反馈信号判断所述被测设备的工作状态。

优选的，在上述测试装置中，当所述测试装置处于所述第一测试模式时，所述被测设备为所述控制器；

其中，所述主测试模块用于发送测试信号至被测设备具体为：所述主测试模块向所述控制器发送第一测试信号；

所述控制器依据所述第一测试信号生成第一反馈信号；

所述实时模拟模块用于实时模拟所述功率驱动器、所述电机及旋转编码器，依据相对应的参数信息配置相对应的功率驱动器模型、电机及旋转编码器模型，所述第一反馈信号依次经过所述功率驱动器模型、所述电机及旋转编码器模型的信号处理后，生成第一目标反馈信号；

所述主测试模块依据所述第一目标反馈信号判断所述控制器的工作状态。

优选的，在上述测试装置中，当所述测试装置处于所述第二测试模式时，所述被测设备为所述功率驱动器；

所述实时模拟模块用于实时模拟所述控制器、所述电机及旋转编码器，依据相对应的参数信息配置相对应的控制器模型、电机及旋转编码器模型；

其中，所述主测试模块用于发送测试信号至被测设备具体为：所述主测试模块向所述控制器模型发送第二测试信号，所述控制器模型依据所述第二测试信号生成第二反馈信号并发送至所述功率驱动器；

所述功率驱动器依据所述第二反馈信号生成第一控制信号，所述第一控制信号经过所述电机及旋转编码器模型的信号处理后，生成第二目标反馈信号；

所述主测试模块依据所述第二目标反馈信号判断所述功率驱动器的工作状态。

优选的，在上述测试装置中，当所述测试装置处于所述第三测试模式时，所述被测设备为所述电机及旋转编码器；

所述实时模拟模块用于实时模拟所述控制器，依据相对应的参数信息配置相对应的控制器模型；

其中，所述主测试模块用于发送测试信号至被测设备具体为：所述主测试模块向所述控制器模型发送第三测试信号，所述控制器模型依据所述第三测试信号生成第二控制信号，所述功率驱动器依据所述第二控制信号驱动所述电机及旋转编码器运行；

且所述电机及旋转编码器生成第三目标反馈信号；

所述主测试模块依据所述第三目标反馈信号判断所述电机及旋转编码器的工作状态。

优选的，在上述测试装置中，所述主测试模块包括：

信号生成单元，所述信号生成单元用于生成测试信号；

测试管理单元，所述测试管理单元用于设置测试用例及测试参数；

信号采集处理单元，所述信号采集处理单元用于采集所述反馈信号，并依据所述反馈信号判断所述被测设备的工作状态；

数据存储单元，所述数据存储单元用于存储测试结果。

优选的，在上述测试装置中，所述实时模拟模块包括：仿真建模单元；

所述仿真建模单元用于搭建测试激励模型，所述测试激励模型用于依据所述控制器、所述功率驱动器、所述电机及旋转编码器的参数信息，配置相对应的所述控制器模型、所述功率驱动器模型、所述电机及旋转编码器模型。

优选的，在上述测试装置中，所述测试装置还包括：

功率级模拟模块，所述功率级模拟模块用于在所述功率驱动器的测试过程中，依据所述电机及旋转编码器模型模拟出所述电机及旋转编码器的反电动势信号和电流信号。

优选的，在上述测试装置中，所述主测试模块与所述实时模拟模块之间通过以太网通信进行信号交互。

通过上述描述可知，本发明提供的一种伺服系统的测试装置，所述伺服系统包括：控制器、功率驱动器、电机及旋转编码器，所述测试装置包括：实时模拟模块及主测试模块；其中，所述测试装置包括：第一测试模式、第二测试模式及第三测试模式；所述实时模拟模块用于在所述第一测试模式、所述第二测试模式及所述第三测试模式下模拟所述伺服系统中相对应的设备；所述主测试模块用于发送测试信号至被测设备；所述被测设备依据所述测试信号生成目标反馈信号至所述测试装置，所述测试装置依据所述目标反馈信号判断所述被测设备的工作状态。

所述测试装置中的实时模拟模块在不同的测试模式下模拟所述伺服系统中相对应的设备，确保了在对伺服系统中被测设备进行测试时，并非只是对所述伺服系统中被测设备的静态测试，而是所述伺服系统中被测设备在模拟的伺服系统环境下进行测试，并且模拟的伺服系统环境保证了除被测设备以外的工作环境均正常，进而使测试结果更加精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种伺服系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种伺服系统的测试装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种伺服系统的测试装置的原理示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种伺服系统的测试装置的原理示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种伺服系统的测试装置的原理示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种伺服系统的测试装置的原理示意图；

图7为本发明实施例提供的一种主测试模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

根据背景技术可知，现有技术手段对伺服系统中的控制器测试时，通过电气控制箱发送数字量和模拟量至被测控制器，通过万用表和示波器采集被测控制器的输出量，最终将采集到的输出量跟理论值对比分析，进而判断被测控制器的功能是否满足要求。同理，在对伺服系统中的功率驱动器进行测试时，通过技术人员将模拟控制量通过电气控制箱输入至功率驱动器，通过示波器采集功率驱动器输出的PWM信号，并对信号分析处理。这样的测试技术手段仅仅只是测试到各个设备是否可以正常工作的静态测试，而不能确定各个设备是否满足该伺服系统的使用要求，例如，一个控制器满足一个伺服系统的使用要求，但是安装至另一个伺服系统时不能满足使用要求。

并且，需要说明的是，例如电气伺服系统主要包括：控制器、功率驱动器、电机及旋转编码器，其工作原理为：通过输入控制量信号至控制器，依次经过功率驱动器、电机及旋转编码器进行信号处理，并将输出结果再次反馈至控制器进行循环控制，进而达到精确控制的目的，为闭环控制原理，也就是说伺服系统的工作过程为一个动态工作过程。而现有技术的测试方法是对伺服系统中被测设备的一个静态测试的过程，而伺服系统的工作过程本身是一个动态工作过程，并不能完全的反应伺服系统的工作状态，那么如何更加准确的对伺服系统进行测试是本领域技术人员亟待解决的问题。

为了解决该问题，本发明实施例提供了一种伺服系统的测试装置，所述伺服系统包括：控制器、功率驱动器、电机及旋转编码器，所述测试装置包括：实时模拟模块及主测试模块；

所述测试装置包括：第一测试模式、第二测试模式及第三测试模式；

所述实时模拟模块用于在所述第一测试模式、所述第二测试模式及所述第三测试模式下模拟所述伺服系统中相对应的设备；

所述主测试模块用于发送测试信号至被测设备；

所述被测设备依据所述测试信号生成目标反馈信号至所述测试装置，所述测试装置依据所述目标反馈信号判断所述被测设备的工作状态。

通过上述描述可知，所述测试装置中的实时模拟模块在不同的测试模式下模拟所述伺服系统中相对应的设备，确保了在对伺服系统中被测设备进行测试时，并非只是对所述伺服系统中被测设备的静态测试，而是所述伺服系统中被测设备在模拟的伺服系统环境下进行测试，并且模拟的伺服系统环境保证了除被测设备以外的工作环境均正常，进而使测试结果更加精确。

为了进一步的对本发明实施例进行说明，下面结合本发明说明书附图对本发明实施例进行具体说明。

本发明实施例提供了一种伺服系统的测试装置，参考图1，图1为一种伺服系统的结构示意图，所述伺服系统包括：控制器11、功率驱动器12、电机及旋转编码器13，参考图2，图2为本发明实施例提供的一种伺服系统的测试装置的结构示意图，所述测试装置包括：实时模拟模块21及主测试模块22；

其中，所述测试装置包括：第一测试模式、第二测试模式及第三测试模式。

由于，所述伺服系统包括：控制器11、功率驱动器12、电机及旋转编码器13三部分，因此设置三种测试模式对所述伺服系统进行测试。

所述实时模拟模块21用于在所述第一测试模式、所述第二测试模式及所述第三测试模式下模拟所述伺服系统中相对应的设备。

也就是说，在每个测试模式下，所述实时模拟模块21实时模拟所述伺服系统中需要模拟的设备，进而实现被测设备在模拟的伺服系统环境下进行测试，例如在对所述控制器11进行测试时，所述实时模拟模块21实时模拟所述功率驱动器12、所述电机及旋转编码器13。

所述主测试模块22用于发送测试信号至被测设备，所述被测设备依据所述测试信号生成目标反馈信号至所述测试装置，所述测试装置依据所述目标反馈信号判断所述被测设备的工作状态。

通过上述描述可知，所述测试装置中的实时模拟模块21在不同的测试模式下模拟所述伺服系统中相对应的设备，确保了在对伺服系统中被测设备进行测试时，并非只是对所述伺服系统中被测设备的静态测试，而是所述伺服系统中被测设备在模拟的伺服系统环境下进行测试，并且模拟的伺服系统环境保证了除被测设备以外的工作环境均正常，进而使测试结果更加精确。

基于上述实施例，在本发明另一实施例中，参考图3，图3为本发明实施例提供的一种伺服系统的测试装置的原理示意图。当所述测试装置处于所述第一测试模式时，所述被测设备为所述控制器11，所述主测试模块22用于向所述控制器11发送第一测试信号，所述控制器11依据所述第一测试信号生成第一反馈信号；

所述实时模拟模块21用于实时模拟所述功率驱动器12、所述电机及旋转编码器13，依据相对应的参数信息配置相对应的功率驱动器模型、电机及旋转编码器模型，所述第一反馈信号依次经过所述功率驱动器模型、所述电机及旋转编码器模型的信号处理后，生成第一目标反馈信号，也就是说，所述功率驱动器模型、所述电机及旋转编码器模型依次对所述第一反馈信号进行信号处理后，可以仿真出具体的速度、位置及力矩等信号；

所述控制器11依据所述第一目标反馈信号持续进行循环控制，形成闭环回路；

所述主测试模块22依据所述第一目标反馈信号判断所述控制器11的工作状态。

通过上述描述可知，在对所述控制器11进行测试时，所述实时模拟模块21实时模拟了所述功率驱动器、所述电机及旋转编码器，相当于实现了所述控制器11在实际伺服系统下的工作环境，也就是说，所述主测试模块22依据所述第一目标反馈信号判断所述控制器11的工作状态，并非仅仅只是判断所述控制器11是否可以正常工作，而是在判断所述控制器11是否正常工作的前提下，再次判断所述控制器11是否满足伺服系统的性能要求。若所述控制器11的工作状态不满足伺服系统的性能要求时，证明该伺服系统不满足使用要求，则仅仅只需对所述控制器11进行后续处理，针对性强，效率高。

基于上述实施例，在本发明另一实施例中，参考图4，图4为本发明实施例提供的另一种伺服系统的测试装置的原理示意图。当所述测试装置处于所述第二测试模式时，所述被测设备为所述功率驱动器12；

所述实时模拟模块21用于实时模拟所述控制器11、所述电机及旋转编码器13，依据相对应的参数信息配置相对应的控制器模型、电机及旋转编码器模型；

所述主测试模块22用于向所述控制器模型发送所述第二测试信号，所述控制器模型依据所述第二测试信号生成第二反馈信号；

所述功率驱动器12依据所述第二反馈信号生成第一控制信号，所述第一控制信号经过所述电机及旋转编码器模型的信号处理后，生成第二目标反馈信号；

需要说明的是，所述主测试模块22用于发送测试信号至被测设备具体为：所述主测试模块22首先向所述控制器模型发送所述第二测试信号，经所述控制器模型进行信号处理后生成所述第二反馈信号，再将所述第二反馈信号发送至所述功率驱动器。

所述控制器模型依据所述第二目标反馈信号持续进行循环控制，形成闭环回路；

所述主测试模块22依据所述第二目标反馈信号判断所述功率驱动器12的工作状态。

通过上述描述可知，在对所述功率驱动器12进行测试时，所述实时模拟模块21实时模拟了所述控制器11、所述电机及旋转编码器13，相当于实现了所述功率驱动器12在实际伺服系统下的工作环境，也就是说，所述主测试模块22依据所述第二目标反馈信号判断所述功率驱动器12的工作状态，并非仅仅只是判断所述功率驱动器12是否可以正常工作，而是在判断所述功率驱动器12是否正常工作的前提下，再次判断所述功率驱动器12是否满足伺服系统的性能要求。若所述功率驱动器12的工作状态不满足伺服系统的性能要求时，证明该伺服系统不满足使用要求，则仅仅只需对所述功率驱动器12进行后续处理，针对性强，效率高。

基于上述实施例，在本发明另一实施例中，参考图5，图5为本发明实施例提供的另一种伺服系统的测试装置的原理示意图。当所述测试装置处于所述第三测试模式时，所述被测设备为所述电机及旋转编码器13；

所述实时模拟模块21用于实时模拟所述控制器11，依据相对应的参数信息配置相对应的控制器模型；

所述主测试模块22用于向所述控制器模型发送所述第三测试信号，所述控制器模型依据所述第三测试信号生成第二控制信号；

所述功率驱动器12依据所述第二控制信号驱动所述电机及旋转编码器13运行，且所述电机及旋转编码器13生成第三目标反馈信号；

需要说明的是，所述主测试模块22用于发送测试信号至被测设备具体为：所述主测试模块22首先向所述控制器模型发送所述第三测试信号，经所述控制器模型进行信号处理后生成所述第二控制信号，再将所述第二控制信号发送至所述功率驱动器12进而驱动所述电机及旋转编码器13进行运行，并且由于所述电机及旋转编码器13需功率驱动器的作用才可以工作，因此在对所述电机及旋转编码器13进行测试时，需提供一工作状态正常且满足伺服系统工作要求的功率驱动器。

所述控制器模型依据所述第三目标反馈信号持续进行循环控制，形成闭环回路；

所述主测试模块22依据所述第三目标反馈信号判断所述电机及旋转编码器13的工作状态。

通过上述描述可知，在对所述电机及旋转编码器13进行测试时，所述实时模拟模块21实时模拟了所述控制器11，并且提供了一工作状态正常且满足伺服系统工作要求的功率驱动器，相当于实现了所述电机及旋转编码器13在实际伺服系统下的工作环境，也就是说，所述主测试模块22依据所述第三目标反馈信号判断所述电机及旋转编码器13的工作状态，并非仅仅只是判断所述电机及旋转编码器13是否可以正常工作，而是在判断所述电机及旋转编码器13是否正常工作的前提下，再次判断所述电机及旋转编码器13是否满足伺服系统的性能要求。若所述电机及旋转编码器13的工作状态不满足伺服系统的性能要求时，证明该伺服系统不满足使用要求，则仅仅只需对所述电机及旋转编码器13进行后续处理，针对性强，效率高。

需要说明的是，参考图6，图6为本发明实施例提供的另一种伺服系统的测试装置的原理示意图。在对所述控制器11和所述功率驱动器12组成的电子单元模块61进行测试时，即所述控制器11和所述功率驱动器12集成于一体，由于所述伺服系统需要真实的电流反馈才可以完成电流闭环，因此基于上述实施例，在本发明另一实施例中，所述测试装置还包括：

功率级模拟模块62，所述功率级模拟模块62用于依据所述电机及旋转编码器模型模拟出所述电机及旋转编码器的反电动势信号和电流信号。

具体原理如下：所述功率级模拟模块62相当于功率电感和功率电阻的组合，通过接收所述功率驱动器12发送的功率PWM信号，消耗功率，进而模拟出伺服系统工作中真实的电流，同时采集电流信号发送给所述实时模拟模块21，所述实时模拟模块21中的所述电机及旋转编码器模型开始运行，所述电机及旋转编码器模型接收所述电流信号模拟出位置反馈信号和速度反馈信号，发送至所述电子单元模块61，进而完成整个伺服系统的闭环，所述主测试模块22依据所述位置反馈信号和所述速度反馈信号判断所述电子单元模块61工作是否正常。

在本发明实施例中，参考图7，图7为本发明实施例提供的一种主测试模块的结构示意图，所述主测试模块22包括：

信号生成单元71，所述信号生成单元71用于生成测试信号；

其中，所述测试信号为：所述第一测试信号、所述第二测试信号及所述第三测试信号。

测试管理单元72，所述测试管理单元72用于设置测试用例及测试参数；

也就是说，在所述测试装置对所述伺服系统测试之前，配置好相关的通讯协议，输入输出端口和选择需要进行的测试项等信息后，所述主测试装置22按照预先设置好的流程发送指令信号和采集信号反馈量，进而实现自动测试，整个测试过程无需人工干预，同时也可以人为的设置一些故障程序实现对伺服系统的检测。

其中，所述主测试模块22与所述被测设备之间通过串口通信进行信号交互，所述主测试模块22与所述实时模拟模块21之间通过以太网通信进行信号交互，且在所述主测试模块22中配置相关的I/O口等。

并且，还可以设置测试用例之间的周期时间，完成每个测试用例所需要的测试时间及测试顺序等，具体的设置情况均可根据实际情况而定。

信号采集处理单元73，所述信号采集处理单元73用于采集所述反馈信号，并依据所述反馈信号判断所述被测设备的工作状态。

数据存储单元74，所述数据存储单元74用于存储测试结果。

其中，所述数据存储单元74可以实现对测试结果的存储功能，以便于后续对测试结果的追溯，并且避免人工操作，进而使测试结果更加准确。

其中，在本发明实施例中，所述实时模拟模块21包括：

仿真建模单元；

所述仿真建模单元用于搭建测试激励模型，所述测试激励模型的架构灵活设置，依据所述控制器11、所述功率驱动器12、所述电机及旋转编码器13的参数信息，配置相对应的所述控制器模型、所述功率驱动器模型、所述电机及旋转编码器模型，并且所述测试激励模型可自动生成C代码，具有对信号的解算处理功能，并且通过修改相关参数配置即可实现模型的重构，使所述测试装置的通用性很强。

通过上述描述可知，本发明提供的一种伺服系统的测试装置，通过实时模拟伺服系统中被测设备的闭环测试环境及实现自动化动态测试，解决了现有技术依据输入量去测量被测设备的输出量的静态测试，使测试结果更加准确。并且该测试装置并不局限于对伺服系统中被测试设备的功能逻辑的测试，例如在进行控制器性能测试时，可以通过实时模拟模块的输出结果，判断控制器的控制性能。还可以对通信接口，故障诊断进行测试。

并且，通过实时模拟模块中实现模型的搭建，在测试的过程中只需保留被测试设备的实体装置，其它设备都通过实时模拟模块进行模拟，进而大大提高了测试效率，并且解决了因其它设备不能正常工作，而导致测试结果不准确的问题。且所述实时模拟模块中测试激励模型的模拟架构灵活，可以通过修改相关参数配置即可完成相对应模型的搭建，进而使本发明所提供的测试装置的通用性很强。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。