CN104267345A - 伺服驱动器振动抑制功能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种伺服驱动器振动抑制性能测试系统，包括伺服电机、第一联轴器、加速度传感器、振动旋转装置、配重、第二联轴器、水银滑环、水银滑环支架、测试台架和频谱分析仪；伺服电机设置在测试台架上，振动旋转装置的两端通过第一联轴器和第二联轴器分别与伺服电机和水银滑环连接，加速度传感器和配重设置在振动旋转装置上，加速度传感器与水银滑环通过第一同轴电缆连接，水银滑环通过同轴电缆连接至频谱分析仪。采用本发明的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，可以对伺服驱动器的振动抑制能力进行测试，而且结构简单，测试精度高。

Description

伺服驱动器振动抑制功能测试系统

技术领域

本发明涉及伺服电机传动系统的振动抑制功能测试，尤其涉及一种伺服驱动器振动抑制功能测试系统。

背景技术

在高污染、高危或者高精度要求的工作环境中，机器人或者机械手正逐步取代工人作业。在自动化生产线或机器人中，伺服传动系统被大量使用，伺服电机作为伺服传动系统中的动力源，是不可或缺的部分。伺服电机的工作频率一般为0～100Hz(0～6000rpm)，而大型传动系统的机械固有频率往往在50～1000Hz左右，因此伺服电机运行中往往会引起传动系统的谐振，同时振动信号通过伺服驱动器中电流采样与码盘脉冲信号等检测环节进入闭环控制系统，并经过三环放大系数进一步将谐振信号放大，最终造成噪声与机械部件谐振等现象，大大限制了伺服传动系统在高精度场合的应用。

伺服驱动器的振动抑制控制方法是通过数字信号处理方法消除控制环中谐振信号的一种方法，通过分别在位置控制环与电流控制环加入低通滤波器与陷波器的方式，避免谐振信号被控制器的放大系数放大，最终实现伺服电机与伺服传动系统的平稳运行。但伺服驱动器的振动抑制功能测试在业界尚属空白，无论是国标还是现有的伺服驱动器说明书中，都仅给出是否包含该功能或者使用方法，并无测试方法与评价标准的描述，对于伺服驱动器的振动抑制功能所能达到的效果尚无统一评价标准。

发明内容

本发明实施例中提供一种伺服驱动器振动抑制功能测试系统，可以对伺服驱动器的振动抑制能力进行测试。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种伺服驱动器振动抑制性能测试系统，包括伺服电机、第一联轴器、加速度传感器、振动旋转装置、配重、第二联轴器、水银滑环、水银滑环支架、测试台架、频谱分析仪和电荷放大器；所述伺服电机设置在所述测试台架上，所述振动旋转装置的两端通过第一联轴器和第二联轴器分别与所述伺服电机和所述水银滑环连接，所述加速度传感器和所述配重设置在所述振动旋转装置上，所述加速度传感器与所述水银滑环通过第一同轴电缆连接，所述水银滑环通过同轴电缆连接至所述频谱分析仪。

作为优选，所述振动旋转装置包括若干个自由振动频率不同的振动旋转块，所述若干个振动旋转块中的一个可选择地设置在所述测试台架上。

作为优选，所述振动旋转块包括旋转轴、第一侧翼和第二侧翼，所述第一侧翼和第二侧翼以所述旋转轴为中心对称。

作为优选，所述旋转轴的第一端通过第一联轴器与所述伺服电机连接，所述旋转轴的第二端通过第二联轴器与所述水银滑环连接。

作为优选，所述加速度传感器固定于所述第一侧翼上，所述配重固定于所述第二侧翼上，所述加速度传感器与所述配重的重心之间的连线位于所述振动旋转块的中心线上，所述加速度传感器相对于所述旋转轴产生的力矩与所述配重相对于所述旋转轴产生的力矩相等。

作为优选，所述第一侧翼和第二侧翼为长方体，所述加速度传感器位于所述第一侧翼的位置与所述配重位于所述第二侧翼的位置相对于所述旋转轴对称，所述加速度传感器与所述配重的重量相同。

作为优选，所述加速度传感器与所述水银滑环通过第一同轴电缆连接，所述第一侧翼和所述旋转轴的第二端设有用于穿过所述第一同轴电缆的孔。

作为优选，所述若干个自由振动频率不同的振动旋转块的振动频率间距为25Hz。

作为优选，还包括电荷放大器，所述水银滑环通过第二同轴电缆连接至所述电荷放大器，所述电荷放大器通过第三同轴电缆连接至所述频谱分析仪。

作为优选，所述测试台架上设有水银滑环支架，所述水银滑环通过所述水银滑环支架固定在所述测试台架上。

作为优选，所述水银滑环将旋转的第一同轴电缆与其中的电荷信号转换至静止的第二同轴电缆。

作为优选，所述测试台架上设有电机夹具，所述伺服电机通过所述电机夹具固定在测试台架上

本发明的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，包括伺服电机、第一联轴器、加速度传感器、振动旋转装置、配重、第二联轴器、水银滑环、水银滑环支架、测试台架和频谱分析仪；伺服电机设置在测试台架上，振动旋转装置的两端通过第一联轴器和第二联轴器分别与伺服电机和水银滑环连接，加速度传感器和配重设置在振动旋转装置上，加速度传感器与水银滑环通过第一同轴电缆连接，水银滑环通过同轴电缆连接至频谱分析仪。采用本发明的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，可以对伺服驱动器的振动抑制能力进行测试，而且结构简单，测试精度高。

附图说明

图1是本发明实施例的伺服驱动器振动抑制性能测试系统的结构示意图；

图2是图1中的振动旋转块的结构示意图；

图3是未启动伺服驱动器振动抑制功能前频谱分析仪分析和记录的结果；

图4是启动伺服驱动器振动抑制功能后频谱分析仪分析和记录的结果。

附图标记说明

1、伺服电机；2、第一联轴器；3、加速度传感器；4、振动旋转块；5、配重；6、第二联轴器；7、水银滑环；8、水银滑环支架；9、测试台架；10、频谱分析仪；11、电荷放大器；12、第一同轴电缆；13、第二同轴电缆；14、第三同轴电缆；15、电机夹具；41、旋转轴；411第一侧翼；412、第二侧翼。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

结合图1、图2，本发明实施例提供的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，包括伺服电机1、第一联轴器2、加速度传感器3、振动旋转装置、配重5、第二联轴器6、水银滑环7、水银滑环支架8、测试台架9、频谱分析仪10和电荷放大器11；伺服电机1设置在测试台架9上，振动旋转装置的两端通过第一联轴器2和第二联轴器6分别与伺服电机1和水银滑环7连接，加速度传感器3和配重5设置在振动旋转装置上，加速度传感器3与水银滑环7通过第一同轴电缆12连接，水银滑环7连接通过第二同轴电缆13连接至电荷放大器11，电荷放大器11通过第三同轴电缆14连接至所述频谱分析仪10。当然，本发明实施例中，将水银滑环7通过同轴电缆直接连接至频谱分析仪10，也可以实现本发明的目的。

本实施例中，振动旋转装置包括若干个自由振动频率不同的振动旋转块4，若干个振动旋转块4中的一个可选择地设置在测试台架9上，通过更换不同的振动旋转块4来改变自由振动频率。当然，振动旋转装置也可以采用其他的方式调整自由振动频率。

优选地，振动旋转块4包括旋转轴41、第一侧翼411和第二侧翼412，第一侧翼411和第二侧翼412以旋转轴41为中心对称。旋转轴41的第一端通过第一联轴器2与伺服电机1连接，旋转轴41的第二端通过第二联轴器6与水银滑环7连接。第一侧翼411和第二侧翼412为长方体，加速度传感器3位于第一侧翼411的位置与配重5位于第二侧翼412的位置相对于旋转轴41对称，加速度传感器3与配重5的重量相同。事实上，在一个未示出的实施例中，第一侧翼411和第二侧翼412的形状可以为相对于旋转轴41对称的形状，加速度传感器3与配重5的重心之间的连线位于振动旋转块4的中心线上，加速度传感器3相对于旋转轴41产生的力矩与配重5相对于旋转轴41产生的力矩相等，即可以满足本发明的要求。

优选地，测试台架9上设有水银滑环支架8，水银滑环7通过水银滑环支架8固定在测试台架9上。本实施例中，旋转轴41的第一端通过第一联轴器2与伺服电机1的转轴连接，旋转轴41的第二端通过第二联轴器6与水银滑环7连接，加速度传感器3与水银滑环7通过第一同轴电缆12连接，水银滑环7将旋转的第一同轴电缆12与其中的电荷信号转换至静止的第二同轴电缆13。采用水银滑环7，避免了测试系统中的运动部件的相对运动，实现了相对转动机构之间的信号传输。

优选地，加速度传感器3与水银滑环7通过第一同轴电缆12连接，第一侧翼411和旋转轴41的第二端设有用于穿过第一同轴电缆12的孔。加速度传感器3的电荷输出端连接第一同轴电缆12的第一端，另一端穿过第一侧翼411和旋转轴41的第二端的孔连接到水银滑环7的接入端接线端子，水银滑环7的接出端接线端子连接第二同轴电缆13的第一端，第二同轴电缆13的第二端连接电荷放大器11的输入端。电荷放大器11的输出端连接第三同轴电缆14的第一端，第三同轴电缆14的第二端连接频谱分析仪10。

本实施例中，若干个自由振动频率不同的振动旋转块4中，两个侧翼的尺寸均不同，振动频率为50Hz至500Hz，振动频率间距为25Hz，精度为±1Hz。

采用本发明实施例的伺服驱动器振动抑制性能测试系统进行测试，包括：将被测伺服驱动器连接至伺服驱动器振动抑制性能测试系统中，关闭被测伺服驱动器的振动抑制功能，使伺服电机1工作在速度模式，通过频谱分析仪10分析并记录谐振的峰值与频率，还可以分析并记录当前的振动信号功率谱密度，停机；开启被测伺服驱动器的振动抑制功能，使伺服电机1工作在速度模式并运行一段时间，至被测伺服驱动器自动整定谐振抑制功能参数完成，通过频谱分析仪10分析并记录此时谐振的峰值与频率，还可以分析并记录当前的振动信号功率谱密度；将被测伺服驱动器的开启振动抑制功能前后的谐振峰值频率点的数值进行比较，获得振动信号衰减幅值。

进一步的，本发明实施例中，还通过更换振动旋转块4的方式调整自由振动频率，重复进行上述测试步骤，直至完成所有50Hz至500Hz自由振动频率的振动抑制试验；将获得的振动信号衰减幅值进行平均，可以获得伺服驱动器1振动抑制平均衰减比。

图3是本发明实施例的测试系统在未启动伺服驱动器振动抑制功能前频谱分析仪记录的结果，可以看到，在未启动被测伺服驱动器的振动抑制功能时有谐振产生，且频谱分析仪10分析并记录了谐振的峰值与频率。

图4是本发明实施例的测试系统在启动伺服驱动器振动抑制功能后频谱分析仪记录的结果，可以看到，在启动被测伺服驱动器振动抑制功能后，通过自动整定谐振抑制功能参数，消除了谐振。

采用本发明伺服驱动器振动抑制性能测试系统，通过对比伺服驱动器开启振动抑制功能前后的谐振峰值频率点的数值进行比较，获得振动信号衰减幅值，可以实现对被测伺服驱动器振动抑制性能的测试。通过调整自由振动频率，获得一定频率范围内的振动信号衰减幅值并进行平均，还可以获得被测伺服驱动器振动抑制平均衰减比。具有结构简单，测试精度高的优点。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，包括伺服电机(1)、第一联轴器(2)、加速度传感器(3)、振动旋转装置、配重(5)、第二联轴器(6)、水银滑环(7)、水银滑环支架(8)、测试台架(9)和频谱分析仪(10)；所述伺服电机(1)设置在所述测试台架(9)上，所述振动旋转装置的两端通过第一联轴器(2)和第二联轴器(6)分别与所述伺服电机(1)和所述水银滑环(7)连接，所述加速度传感器(3)和所述配重(5)设置在所述振动旋转装置上，所述加速度传感器(3)与所述水银滑环(7)通过第一同轴电缆(12)连接，所述水银滑环(7)通过同轴电缆连接至所述频谱分析仪(10)。

2.如权利要求1所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，所述振动旋转装置包括若干个自由振动频率不同的振动旋转块(4)，所述若干个振动旋转块(4)中的一个可选择地设置在所述测试台架(9)上。

3.如权利要求2所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，所述振动旋转块(4)包括旋转轴(41)、第一侧翼(411)和第二侧翼(412)，所述第一侧翼(411)和第二侧翼(412)以所述旋转轴(41)为中心对称。

4.如权利要求3所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，所述旋转轴(41)的第一端通过第一联轴器(2)与所述伺服电机(1)连接，所述旋转轴(41)的第二端通过第二联轴器(6)与所述水银滑环(7)连接。

5.如权利要求4所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，所述加速度传感器(3)固定于所述第一侧翼(411)上，所述配重(5)固定于所述第二侧翼(412)上，所述加速度传感器(3)与所述配重(5)的重心之间的连线位于所述振动旋转块(4)的中心线上，所述加速度传感器(3)相对于所述旋转轴(41)产生的力矩与所述配重(5)相对于所述旋转轴(41)产生的力矩相等。

6.如权利要求5所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，所述第一侧翼(411)和第二侧翼(412)为长方体，所述加速度传感器(3)位于所述第一侧翼(411)的位置与所述配重(5)位于所述第二侧翼(412)的位置相对于所述旋转轴(41)对称，所述加速度传感器(3)与所述配重(5)的重量相同。

7.如权利要求5所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，所述加速度传感器(3)与所述水银滑环(7)通过第一同轴电缆(12)连接，所述第一侧翼(411)和所述旋转轴(41)的第二端设有用于穿过所述第一同轴电缆(12)的孔。

8.如权利要求2～7任一项所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，所述若干个自由振动频率不同的振动旋转块(4)的振动频率间距为25Hz。

9.如权利要求1～7任一项所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，还包括电荷放大器(11)，所述水银滑环(7)通过第二同轴电缆(13)连接至所述电荷放大器(11)，所述电荷放大器(11)通过第三同轴电缆(14)连接至所述频谱分析仪(10)。

10.如权利要求9任一项所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，所述测试台架(9)上设有水银滑环支架(8)，所述水银滑环(7)通过所述水银滑环支架(8)固定在所述测试台架(9)上。

11.如权利要求10所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，所述水银滑环(7)将旋转的第一同轴电缆(12)与其中的电荷信号转换至静止的第二同轴电缆(13)。

12.如权利要求1～7任一项所述的伺服驱动器振动抑制性能测试系统，其特征在于，所述测试台架(9)上设有电机夹具(15)，所述伺服电机(1)通过所述电机夹具(15)固定在测试台架(9)上。