一种获取伺服系统频率特性的方法及装置制造方法
【专利摘要】一种获取伺服系统频率特性的方法，包括：将Chirp信号作为转矩指令信号输入伺服系统；对所述Chirp信号和所述伺服系统的电机的转速信号进行快速傅里叶变换，根据快速傅里叶变换的结果进行计算得到所述伺服系统的频率特性。本发明还公开了一种获取频率特性的装置。本发明解决了扫频法无法快速准确的获取伺服系统的频率特性的问题，大大提高了获取频率特性的效率，加强了获取到的频率特性的准确性。
【专利说明】一种获取伺服系统频率特性的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及伺服系统检测【技术领域】，尤其是涉及一种获取频率特性的方法及装置。
【背景技术】
[0002]目前，交流伺服系统中的频率特性在多方面为提升伺服系统性能的研究提供帮助，其中最为主要的是应用在机械谐振抑制中。若伺服系统能预先准确获得谐振特性，就可以通过参数调整或投入陷波滤波器使得系统避免机械谐振，也能减少在线抑制算法对资源的占用问题。所以快速且准确的获取频率特性在交流伺服系统中是十分必要的。
[0003]常见的频率特性获取方法主要有扫频法，冲激响应法，白噪声法等。扫频仪就是基于扫频法的频率特性获取设备。冲激响应法的脉冲信号越窄谐波分量越高，但窄脉冲一般由于冲激能量不够理想很难保证特性的准确性，易受噪声干扰。白噪声法虽然优点是可以包含所有的频率成分，但必须有足够的时间长度才能保证“白”特性，目前，许多国内外伺服驱动器厂商都在做频率特性获取方面的研究，主要的方法也都是运用扫频方式获取Bode图。而要在开环下扫频得到机械谐振特性，就要注意低频信号的累积对转速的影响，所以用扫频法很难快速准确地获取低频段的频率特性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的之一是提供一种获取频率特性的方法，以解决现有技术中使用扫频法无法快速准确的获取伺服系统的频率特性的问题。
[0005]在一些说明性实施例中，所述获取频率特性的方法包括:将Chirp信号作为转矩指令信号输入伺服系统；对所述Chirp信号和所述伺服系统的电机的转速信号进行快速傅里叶变换，根据快速傅里叶变换的结果进行计算得到所述伺服系统的频率特性。
[0006]本发明的另一个目的是提供一种获取频率特性的装置。
[0007]在一些说明性实施例中，所述获取频率特性的装置包括:信号输出模块，用于输出作为转矩指令信号的Chirp信号到伺服系统；解析模块，用于对所述Chirp信号和所述伺服系统的电机的转速信号进行快速傅里叶变换，根据所述快速傅里叶变换的结果进行计算获得所述伺服系统的频率特性。
[0008]与现有技术相比，本发明的说明性实施例包括以下优点:
[0009]Chirp信号的频段带有截止范围，与白噪音相比可以更快的得到伺服系统的频率特性，并且Chirp信号比白噪音的信号呈现更为平滑，使得获取到的伯德图上的噪音大大减少，得到的伺服系统的频率特性的准确性得到了保证。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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:[0011]图1是按照本发明的说明性实施例的应用框图；
[0012]图2是按照本发明的说明性实施例的流程图；
[0013]图3是按照本发明的说明性实施例的Chirp信号的波形图；
[0014]图4是按照本发明的说明性实施例的谐振测试结果伯德图；以及，
[0015]图5是按照本发明的说明性实施例的装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0016]在以下详细描述中，提出大量特定细节，以便于提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员会理解，即使没有这些特定细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免影响对本发明的理解。
[0017]图1为带有机械谐振负载的交流伺服系统。系统为速度开环电流闭环系统，运用磁场定向的矢量控制方式，将电流ia、ib经过Clark变换转换到α β两相坐标系上的ia、ie，再经过Park变换转换到旋转dq坐标系下id、iq。通过将:^和i,两组PI控制器后的dq轴电压给定信号V_f、VdMf经反Park变换和SVPWM空间电压矢量控制后作用在电机上完成伺服系统的速度开环控制。这里没有考虑闭环是因为为了获取机械谐振的频率特性，只有在开环下才能准确的得到，闭环会对部分频率特性产生抑制效果。图1中i_f为q轴电流给定，Idref为d轴电流给定，η为电机转速，Θ e为位置信息。
[0018]机械谐振会在原有空载系统的开环传递函数上增加一对零极点，在Bode图上的显示就是增加一对波谷、峰。所以该实施例以能准确的绘制出对应的共轭零极点频率为标准。我们将由谐振负载产生的这对共轭零极点分别称为抗谐振频率ARF和自然振动频率NTF0谐振频率与电机惯量J1和负载惯量J2及负载弹性系数K有关，其具体关系如下:
【权利要求】
1.一种获取频率特性的方法，其特征在于，包括: 将Chirp信号作为转矩指令信号输入伺服系统； 对所述Chirp信号和所述伺服系统的电机的转速信号进行快速傅里叶变换，根据快速傅里叶变换的结果进行计算得到所述伺服系统的频率特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Chirp信号的扫频幅值为所述伺服系统的额定工作电流的0.8~1.2倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Chirp信号的扫频幅值为所述伺服系统的额定工作电流的I倍。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，通过快速傅里叶变换获得所述Chirp信号及转速信号的相同频率ω r的同相正交分量，根据所述Chirp信号及转速信号的相同频率的同相正交分量计算得到所述伺服系统的频率特性； 其中，所述Chirp信号的正交分量为Ri(C^r) = AiCos Qi (ωr) =AiSin(J)i;所述电机的转速信号的正交分量为尺。(《 J = A0Cos Φ0, Q0(ωr) = AQsin Φ。。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算得到所述伺服系统的频率特性的过程包括: 按照如下公式计算出所述伺服系统的幅频iG(jc^) I，以及相角φ (G^);:
6.一种获取频率特性的装置，其特征在于，包括: 信号输出模块，用于输出作为转矩指令信号的Chirp信号到伺服系统； 解析模块，用于对所述Chirp信号和所述伺服系统的电机的转速信号进行快速傅里叶变换，根据所述快速傅里叶变换的结果进行计算获得所述伺服系统的频率特性。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述Chirp信号的扫频幅值为所述伺服系统的额定工作电流的0.8~1.2倍。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述Chirp信号的扫频幅值为所述伺服系统的额定工作电流的I倍。
9.根据权利要求6、7或8所述的装置，其特征在于，所述解析模块包括: 正交分量计算模块，用于通过快速傅里叶变换获得所述Chirp信号及转速信号的相同频率的同相正交分量；以及， 解析子模块，用于根据所述Chirp信号及转速信号的相同频率的同相正交分量计算得到所述伺服系统的频率特性； 其中，所述Chirp信号的正交分量为Ri(C^r) = AiCos Qi (ωr) =AiSin(J)i;所述电机的转速信号的正交分量为尺。(《 J = A0Cos Φ0, Q0(ωr) = AQsin Φ。。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述解析子模块包括:幅频计算模块，用于按照公式
【文档编号】G01R23/16GK104007317SQ201410243048
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】杨明, 董传洋, 徐殿国 申请人:哈尔滨工业大学