测试带宽的设备及系统的制作方法

本实用新型涉及信号处理领域，具体而言，涉及一种测试带宽的设备及系统。

背景技术：

在自动控制系统中，为了保证伺服电机的正常运转，需要测试控制伺服电机运转的伺服驱动器的带宽。在《交流伺服驱动器通用技术条件》(JB/T 10184-2000)中规定了一种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，随着指令值频率的提高，电机实际转速的波形曲线相对于正弦波转速指令波形曲线的幅值逐渐减小，当幅值减小为指令值的0.707时，对应的频率即为伺服驱动器的带宽。

由上可知，现有的测试伺服驱动器的带宽需要使用正弦波信号来激励伺服驱动器，进而控制伺服电机。并且，现有的测试方法需要正弦波信号发生器、伺服驱动器、伺服电机以及示波器等。因此，测试带宽的系统比较复杂，测试设备比较多，并且需要人为进行扫频来判断伺服驱动器的带宽，测试带宽的精度比较低。此外，由于现有技术采用的是正弦波信号进行扫频，而正弦波扫频速度较慢，测试的频率点比较少。

针对上述由于现有技术中正弦波扫频速度慢，需要人为判断带宽而造成的测试带宽的方法复杂以及测试效率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种测试带宽的设备及系统，以至少解决由于现有技术中正弦波扫频速度慢，需要人为判断带宽而造成的测试带宽的方法复杂以及测试效率低的技术问题。

根据本实用新型实施例的一方面，还提供了一种测试带宽的设备，包括：上位机，用于控制处理器产生直流信号和白噪声信号，在直流信号满足预设条件的情况下，控制处理器将直流信号切换为白噪声信号，并根据白噪声信号以及处理器在白噪声信号的激励下所反馈的信号确定伺服驱动器的带宽；处理器，与上位机连接，用于接收上位机发送的控制信号，并根据控制信号产生直流信号和白噪声信号。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种测试带宽的系统，包括测试带宽的设备。

在本实用新型实施例中，采用白噪声信号激励伺服驱动器的方式，通过上位机控制数据采集卡产生直流信号和白噪声信号；在直流信号满足预设条件的情况下，上位机控制数据采集卡切换为输出白噪声信号；上位机根据白噪声信号以及伺服驱动器在白噪声信号的激励下所反馈的信号确定伺服驱动器的带宽，达到了提高伺服驱动器的带宽的测试速度以及测试精度的目的，从而实现了伺服驱动器的自动扫频的技术效果，进而解决了由于现有技术中正弦波扫频速度慢，需要人为判断带宽而造成的测试带宽的方法复杂以及测试效率低的技术问题。

附图说明

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

图1是根据本实用新型实施例的一种测试带宽的设备结构示意图；以及

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的测试带宽的设备结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型实施例，还提供了一种测试带宽的设备实施例。

图1是根据本实用新型实施例的测试带宽的设备结构示意图，如图1所示，该设备包括：上位机1001以及处理器1003。

其中，上位机1001，用于控制处理器产生直流信号和白噪声信号，在直流信号满足预设条件的情况下，控制处理器将直流信号切换为白噪声信号，并根据白噪声信号以及处理器在白噪声信号的激励下所反馈的信号确定伺服驱动器的带宽；处理器1003，与上位机连接，用于接收上位机发送的控制信号，并根据控制信号产生直流信号和白噪声信号。

需要说明的是，上述上位机可以由LabVIEW软件进行开发设计，也可由其他软件进行开发设计。其中，通过使用LabVIEW软件中的声音与振动工具包能够控制处理器，并能获取到处理器采集到的数据或信号。在对处理器采集到的数据或信号进行处理或分析之后，将处理结果或分析结果显示在由LabVIEW软件开发的人机交互界面上，工作人员可以从人机交互界面上直观的获取到处理结果或分析结果。此外，工作人员还可以在上位机的人机交互界面上输入相关的指令来控制处理器采集或产生相应的信号。

此外，还需要说明的是，上述处理器至少包括数据采集卡、伺服驱动器以及伺服电机。其中，一种可选的测试带宽的设备结构示意图如图2所示，由图2可以看出上位机201、数据采集卡203、伺服驱动器205以及伺服电机207四者之间的连接关系。

在一种可选的实施例中，工作人员操作上位机使上位机发送控制数据采集卡产生激励信号的控制信号，上位机收到用户的操作指令后，将控制信号发送至数据采集卡，数据采集卡根据接收到的控制信号产生直流信号和白噪声信号。其中，为提高整体带宽测试系统的测试效率，上述数据采集卡可以为具有高采样率的数据采集卡，例如，NI PCIe，该NI PCIe数据采集卡可以插进上位机的PCIe插槽内，由此，可以节省整个测试系统的空间，降低了系统的复杂度。此外，上述数据采集卡产生的激励信号为直流信号和白噪声信号。

在另一种可选的实施例中，在对伺服驱动器的带宽进行测试的过程中，上位机发送控制数据采集卡产生直流信号的控制信号至数据采集卡，数据采集卡根据该控制信号产生直流信号，该直流信号可激励伺服驱动器，伺服驱动器在收到直流信号的激励下，接收伺服电机发送的转速信号，并将转速信号反馈给数据采集卡。数据采集卡采集到伺服驱动器反馈的转速信号，并将该转速信号发送至上位机。上位机在收到该转速信号后，判断该转速信号是否与直流信号满足预设条件。如果上位机检测到该转速信号与直流信号满足预设条件，则控制信息采集卡将直流信号切换为白噪声信号，由白噪声信号激励伺服驱动器，进而上位机根据伺服驱动器反馈的信号确定伺服驱动器的带宽。

由上可知，通过上位机控制处理器产生直流信号和白噪声信号，在直流信号满足预设条件的情况下，控制处理器将直流信号切换为白噪声信号，并根据白噪声信号以及处理器在白噪声信号的激励下所反馈的信号确定伺服驱动器的带宽；处理器接收上位机发送的控制信号，并根据控制信号产生直流信号和白噪声信号。

容易注意到的是，由于本申请采用白噪声信号作为伺服驱动器的激励信号，而白噪声的激励扫频速度更快，因此，采用白噪声信号激励伺服驱动器可以提高测试伺服驱动器的带宽的精度。此外，由于数据采集卡与上位机软件集成一体，因此，本申请可以有效的节省测试带宽的系统的空间，减少系统的复杂度。

基于上述分析，本申请达到了提高伺服驱动器的带宽的测试速度以及测试精度的目的，从而实现了伺服驱动器的自动扫频的技术效果，进而解决了由于现有技术中正弦波扫频速度慢，需要人为判断带宽而造成的测试带宽的方法复杂以及测试效率低的技术问题。

可选的，上位机还用于发送控制信号至处理器，其中，控制信号用于控制处理器产生直流信号和白噪声信号，其中，控制信号包括：第一控制信号和第二控制信号。

需要说明的是，上位机发送的第一控制信号用于控制数据采集卡产生直流信号和白噪声信号。数据采集卡在根据第一控制信号将直流信号发送至伺服驱动器，伺服驱动器根据直流信号将转速信号反馈至数据采集卡。此外，在直流信号和转速信号的幅值相匹配的情况下，上位机发送第二控制信号至控制数据采集卡，数据采集卡将激励信号由直流信号切换为白噪声信号。

在一种可选的实施例中，数据采集卡，用于接收上位机发送的第一控制信号，并根据第一控制信号产生直流信号，以及根据第二控制信号将直流信号切换为白噪声信号；伺服驱动器，用于与数据采集卡连接，用于根据直流信号调节伺服驱动器的转速信号；伺服电机，与伺服驱动器连接，用于向伺服驱动器发送转速信号。

在一种可选的实施例中，伺服电机包括：编码器，与伺服驱动器连接，用于检测伺服电机的转速，得到转速信号。

需要说明的是，编码器位于如图2所示的伺服电机上。此外，编码器检测到的转速为脉冲信号，该脉冲信号通过编码器线213传递给伺服驱动器，伺服驱动器在接收到该转速信号之后，将该信号转换为直流电压信号，并将其发送至数据采集卡。

在一种可选的实施例中，伺服驱动器还用于接收伺服电机发送的转速信号，将转速信号转换为模拟电压信号，并将模拟电压信号发送至数据采集卡。

具体的，伺服驱动器接收到数据采集卡发送的白噪声信号，在白噪声信号的激励下，伺服驱动器获取伺服电机输出的脉冲信号，并将脉冲信号转换为模拟电压信号，最后将模拟电压信号(即上述转换后的直流电压信号)发送至数据采集卡，其中，模拟电压信号为伺服驱动器在白噪声信号的激励下所反馈的信号。

在一种可选的实施例中，数据采集卡还用于采集伺服驱动器反馈的响应信号。

具体的，工作人员可以通过上位机控制数据采集卡产生直流信号，并通过上位机的人机交互界面观察伺服驱动器反馈的转速信号与数据采集卡产生的直流信号是否相匹配。如果伺服驱动器反馈的转速信号与数据采集卡所产生的直流信号不相匹配，伺服驱动器将伺服电机通过编码器线反馈的伺服电机的实时转速信号通过一个模拟输出口反馈给数据采集卡，如图2所示的一种可选的测试带宽的设备结构示意图。在图2中，数据采集卡的AO-0端用于输出激励信号(包括直流信号和白噪声信号)，AI-0用于通过三通接头209获取数据采集卡产生的激励信号(即数据采集卡的输出信号217)，AI-1用于通过同轴电缆2获取伺服驱动器反馈的响应信号(即数据采集卡的输入信号215)。

在一种可选的实施例中，上位机在发送第一控制信号至数据采集卡之前，数据采集卡产生的激励信号为直流信号。在伺服驱动器所反馈的转速信号的幅值与数据采集卡所产生的直流信号的幅值一致的情况下，上位机发送第一控制信号。数据采集卡在接收到第一控制信号之后，将激励信号切换为白噪声信号，由白噪声信号激励伺服驱动器。

需要说明的是，激励信号(即直流信号和白噪声信号)通过AO-0输出，通过同轴电缆1输出到三通接头。然后通过三通接头输出至同轴电缆3和4，即此时，数据采集卡通过AI-0采集激励信号。此外，AO-1为数据采集卡的另一个输出端口，可作为备用端口使用。

在一种可选的实施例中，由图2可知，处理器还包括：三通接头209、UVW线211和编码器线213。其中，三通接头209，用于通过同轴电缆连接数据采集卡以及伺服驱动器；UVW线211，用于连接伺服驱动器与伺服电机；编码器线213，连接于伺服驱动器与伺服电机之间，用于传输转速信号至伺服驱动器。

此外，在一种优选的实施例中，首先使用LabVIEW软件的声音与振动工具包开发出上位机软件，上位机对伺服驱动器进行初始化处理，将其运行模式设置为速度环模式，然后上位机驱动数据采集卡给伺服驱动器直流信号。伺服驱动器在直流信号的激励下，向数据采集卡反馈响应信号。上位机通过数据采集卡获取到响应信号和激励信号，并判断响应信号和激励信号是否一致，如果两者不一致，则调整伺服驱动器的模拟输出增益，直至两者的幅值一致。然后上位机发送控制信号，控制数据采集卡切换输出信号为白噪声信号，数据采集卡用白噪声信号激励伺服驱动器，伺服驱动器将返回的转速信号发送至数据采集卡。最后上位机对激励信号和响应信号进行显示，并对其进行分析，进而得到幅值特性曲线和相频特性曲线，并根据幅值特性曲线和相频特性曲线计算出伺服驱动器的带宽。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种测试带宽的系统，包括测试带宽的设备。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。