频率响应测定装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在工作机械等装置中对频率响应进行测定的频率响应测定装置。
【背景技术】
[0002] 在以工作机械为代表的工业用途的机械中，为了对机械系统的状态进行诊断、或 掌握振动特性，对作为控制对象的机械系统的频率响应进行测定。另外，在进行伺服系统的 调整时，也对速度环（loop)、位置环等控制环的频率响应进行测定。频率响应是相对于赋予 了特定频率的输入信号的情况下的输出信号，输入信号与输出信号之间的振幅之比和相位 差，利用频率和振幅比（增益）之间以及频率和相位之间的关系进行表示。
[0003] 在对频率响应进行测定时，当前是赋予正弦波状的输入信号，对要输入的正弦波 的频率依次进行变更，对每个频率下的增益及相位进行测定，但该方法是使输入信号的频 率不断逐渐地改变而不断对输出信号进行测定的方法，存在下述问题，即，频率响应的测定 需要大量时间。
[0004] 因此，例如如专利文献1所示，公开了下述方法，S卩，通过将白噪声作为输入信号， 将作为速度指令而赋予白噪声时所产生的速度作为输出数据进行采样，对得到的速度指令 和速度数据进行傅立叶变换，从而求出从速度指令至产生速度为止的频率响应特性。由于 理想的白噪声是包含所有频率成分在内的信号，因此能够以较短的测定时间，对所有频率 区域中的频率响应进行测定。作为实用的白噪声，使用称为Μ系列信号的伪随机信号等。
[0005] 专利文献1:日本特开2000 - 278990号公报
【发明内容】
[0006] 但是，在专利文献1中，对施加白噪声而实施机械系统的激振时的机械系统的响 应波形（例如速度反馈数据）进行测定，但在机械系统中存在摩擦等干扰因素的情况下，存 在下述问题，即，即使赋予白噪声，机械系统也不充分地进行激振，不能正确地求出频率响 应。特别地，由于机械系统的摩擦，低频区域的响应性变差，不能正确地求出低频区域的频 率响应。
[0007] 具体地说，在对从扭矩至速度反馈为止的频率响应进行测定的情况下，如果是机 械系统能够近似为刚性系统的情况，则在低频区域的频率响应中，增益线图应该成为一 20dB/dec的直线状，相位线图应该恒定为大致一90°。与此相对，在由于摩擦的影响，低频 区域未能充分地进行激振的情况下，由于视为输出相对于输入未充分地进行响应，因此在 该区域中，增益变得小于原本的值，相位成为接近于0°的值。
[0008] 如上所述，如果不能正确地求出频率响应测定结果，则例如在对低频区域的增益 的值进行读取而对机械系统的惯量进行推定的情况下会产生较大的推定误差，或者在对增 益线图的峰值或相位线图的变化进行读取而对机械系统的共振频率或衰减比进行推定等 情况下会推定出错误的值。并且，在为了控制系统的调整而对频率响应进行测定的情况下， 如果低频区域的增益测定出的是比原本的值小的值，则产生下述问题，即，不能正确地求出 控制系统的频带，不能实现控制系统的增益调谐的适当调整。
[0009] 本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种频率响应测定装置，该 频率响应测定装置在对受到摩擦等干扰的机械系统进行反馈控制的伺服系统中，能够准确 且短时间地对控制对象或控制系统的频率响应进行测定。
[0010] 为了解决上述课题，实现目的，本发明的频率响应测定装置测定对机械系统进行 反馈控制的伺服系统的频率响应，该频率响应测定装置的特征在于，具有：激振条件设定 部，其对多个不同的激振条件进行设定；激振执行部，其利用所述不同的激振条件的激振信 号，对所述伺服系统执行多次激振；以及频率响应运算部，其从进行了所述多次激振的所述 伺服系统的控制系统中，针对所述多次激振中的每一次激振，获取识别输入信号和识别输 出信号的组，基于所述多次激振中的每一次激振的所述激振条件以及所述识别输入信号和 所述识别输出信号的组，对所述频率响应进行运算。
[0011] 发明的效果
[0012] 根据本发明所涉及的频率响应测定装置，具有下述效果，S卩，通过使用以多个激振 振幅进行了激振时的激振数据，对频率响应进行运算，从而即使存在摩擦等干扰，也能够测 定准确的频率响应。
【附图说明】
[0013] 图1是表示本发明的实施方式所涉及的频率响应测定装置的结构的框图。
[0014]图2是表示本发明的实施方式中的伺服系统的结构的框图。
[0015]图3是表示本发明的实施方式中的机械系统的结构的图。
[0016]图4是对本发明的实施方式中的频率响应测定的动作进行说明的流程图。
[0017]图5 - 1是表示本发明的实施方式1中的增益线图的图。
[0018] 图5-2是表示本发明的实施方式1中的相位线图的图。
[0019]图6 - 1是表示本发明的实施方式2中的增益线图的图。
[0020] 图6 - 2是表示本发明的实施方式2中的相位线图的图。
【具体实施方式】
[0021] 下面，基于附图，对本发明所涉及的频率响应测定装置的实施方式进行详细说明。 此外，本发明不限定于本实施方式。
[0022] 实施方式1
[0023] 图1是表示本发明的实施方式1所涉及的频率响应测定装置100的结构的框图。 频率响应测定装置100具有激振条件设定部1、激振执行部2、以及频率响应运算部10。频 率响应运算部10具有各次的频率响应运算部4及频率响应合成部5。频率响应测定装置 100对伺服系统3的频率响应进行测定。
[0024] 激振条件设定部1对激振执行部2中的激振信号的振幅进行设定，激振执行 部2对所设定的激振振幅的激振信号进行输出。从激振执行部2输出的激振信号向伺 服系统3输入，在后述结构的伺服系统3中执行激振。激振时的伺服系统3内部的识别 (identification)输入信号和识别输出信号向频率响应运算部10发送，对识别输入信号 和识别输出信号之间的频率响应进行运算，基于它们求出最终的频率响应，并进行输出。
[0025] 在频率响应运算部10的内部，根据多次进行的每一次激振中从伺服系统3输入 的识别输入信号和识别输出信号，在各次的频率响应运算部4中对各次的频率响应进行运 算。这些各次的频率响应向频率响应合成部5输入。频率响应合成部5基于从激振条件设 定部1输入的各次的激振振幅，执行根据各次的频率响应而对频率响应进行合成的运算， 对得到的频率响应进行输出。
[0026] 下面，图2是表示本发明的实施方式中的伺服系统3的结构的框图。伺服系统3 具有位置控制部31、速度控制部32、电动机33、以及负载34。负载34与电动机33连接，由 电动机33和负载34构成机械系统30。伺服系统3由伺服系统位置控制环和速度控制环构 成。
[0027]位置指令和电动机位置Θ之间的偏差向位置控制部31输入，从位置控制部31的 输出与激振信号Vin之和即速度指令中减去电动机速度v而对速度偏差e进行运算。速度 偏差e向速度控制部32输入，在速度控制部32中对扭矩指令τ进行运算。按照该扭矩 指令τ，对电动机33进行驱动控制。此外，实际上在速度控制环的内部存在扭矩控制部及 电力变换部，但由于其响应非常快，能够忽略其响应延迟，因此在图2中也省略了记载。另 外，在位置控制部31的位置控制中使用比例控制，在速度控制部32的速度控制中使用比 例-积分控制。
[0028] 图3是表示本实施方式中的机械系统30的结构的图。负载惯量54经由轴53而 与伺服电动机51耦合，该伺服电动机51接收扭矩指令τ而产生旋转扭矩。并且，作为位 置检测器的旋转编码器52安装于伺服电动机51，对伺服电动机51的位置（旋转角度）进 行检测并输出。另外，通过对该位置进行微分运算，从而能够得到电动机的速度V。
[0029] 下面，使用图4的流程图，对本实施方式中的频率响应测定的动作进行说明。首 先，激振条件设定部1对2种激振振幅&及Α2进行设定（图4、步骤S1)。激振执行部2生 成振幅为4的第1次激振信号Vinl、和振幅为A2的第2次激振信号Vin2。在本实施方式 中，激振振幅是单振幅，即，定义为从0至正或负的最大值为止的幅度。激振信号分别是Μ 系列信号（伪随机信号），首先，按照Μ系列信号的生成算法，生成规定个数的一 1和1的2 值信号。然后，将激振振幅4与该2值信号相乘得到的信号作为第1次激振信号Vinl，将 激振振幅A2与该2值信号相乘得到的信号作为第2次激振信号Vin2。由于Μ系列信号