CN106441705B - 一种转台在线转动惯量测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转台转动惯量在线测量方法，包括下列步骤：给转台被测轴施加一个频率为f的正弦位置激励信号，让待测轴做定频正弦角振动；读取转台实际运动的最大幅值，即振幅A_θ；通过转台控制计算机实时采集转台伺服控制器输出的控制电压信号，绘制控制电压信号曲线，获取电压信号的最大幅值A_U；计算出转台定频正弦角振动的最大加速度a_max＝A_θ·(2πf)²；计算出转台角振动的最大电流I_max＝K_I·A_U；计算出转台角振动的最大力矩T_max＝K_T·I_max；计算出转台的转动惯量J＝T_max/a_max。本发明的转动惯量在线进行测量的方法实现了转动惯量的准确测量，避免了直接使用转动惯量理论值引起的高误差。

Description

一种转台在线转动惯量测试方法

技术领域

本发明涉及一种转台在线转动惯量测试方法，属于惯性测量技术领域。

背景技术

转台是一种通过电机力矩驱动较大质量机械件做角运动的设备。其转动部分的转动惯量是转台研制过程中的关键性控制指标，直接决定了控制系统执行部件的选型和系统的控制性能。在转台机械本体设计中，转动惯量是一个表征设计难度和构件规模的关键指标。在转台控制算法的研究中，转动惯量也是一个非常重要的基础参数。特别是对于多轴转台来说，内部各环的转动惯量直接作为外环的负载，其量值对于系统设计和优化是一个非常敏感的指标。

目前转台转动惯量大多是在转台设计阶段按照机械设计图纸进行人工计算或计算机建模估算的方式，由于计算时的模型简化和计算误差，这种方法可以说只是能得到“理论”上的转动惯量值。再者，在转台实际使用中，经常需要更换不同的负载，在不能精确知道负载和配重惯量的情况下，为了能给控制系统提供准确的惯量参数，以便更好的发挥控制性能，需要在线计算转台各转动轴的转动惯量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对转台的转动惯量在线进行测量的方法，实现转动惯量的准确测量。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种转台转动惯量在线测量方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)给转台被测轴施加一个频率为f的正弦位置激励信号，让待测轴做定频正弦角振动；频率为f在转台的工作范围内选择；

(2)通过装在转台轴上的角度传感器实时采集转轴的角位置信息，读取转台实际运动的最大幅值，即振幅A_θ；

(3)通过转台控制计算机实时采集转台伺服控制器输出的控制电压信号，绘制控制电压信号曲线，获取电压信号的最大幅值A_U；

(4)根据步骤(1)的频率f和步骤(2)的振幅A_θ计算出转台定频正弦角振动的最大加速度a_max＝A_θ·(2πf)²；

(5)根据步骤(3)的电压信号的最大幅值A_U和转台电机功率放大器的放大系数K_I，计算出转台角振动的最大电流I_max＝K_I·A_U；

(6)根据转台电机的力矩系数K_T，计算出转台角振动的最大力矩T_max＝K_T·I_max；

(7)计算出转台的转动惯量J＝T_max/a_max。

优选的，转台的工作频率范围下限为a，上限为b，则f的取值为(a+b)/2。

优选的，转台的工作频率范围下限为a，上限为b，重复执行步骤(1)～(7)三次，f分别取b，(a+b)/2，b/2，对三次计算出的转台的转动惯量取均值。

优选的，还包括步骤(8)，计算理论转动惯量J_s的偏差|J-J_s|是否在合格范围内。

优选的，|J-J_s|<20％J_s，表明设计符合要求，当|J-J_s|≥20％J_s，表明设计偏差过大。

优选的，在每个频率点f分别重复测试3次，将每次测试结果进行比较，如果两次测试结果间的偏差小于20％，则认为测试结果正常；如果测试结果间的偏差超出20％，则说明测试过程有错误，判定为测试结果无效，提醒测试者重新测试或者排故。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明的转动惯量在线进行测量的方法实现了转动惯量的准确测量，避免了直接使用转动惯量理论值引起的高误差。

(2)本发明的转动惯量在线进行测量的方法能够验证转台的转动惯量是否达到设计要求，提供了对理论值进行验证的全新途径。

(3)本发明通过选取不同频率的激励信号，多次测量，保证了测量精度。

附图说明

图1为本发明转台转动惯量在线测量方法原理示意图。

具体实施方式

本发明的方法的技术解决方案是：转台转动惯量在线测量方法，包括下列步骤：

(1)给转台被测轴施加一个频率为f的正弦位置激励信号，让待测轴做定频正弦角振动；为保证测试结果的准确性，测试频率可分别选择转台轴工作范围的最大频率、2/3频率和1/2频率点，每个频率分别测量3次后，取平均值。

(2)通过装在转台轴上的角度传感器实时采集转轴的反馈信息，通过计算机实时读取角位置传感器返回的脉冲值，并将脉冲计数值转换为转台的转动角度值。通过计算机实时记录正弦运动过程中的转动角度值，并在运动停止后计算出本次运动的最大幅值。读取转台实际运动的最大幅值，即振幅A_θ；

(3)通过计算机实时检测转台在正弦运动过程中转台伺服控制器输出的模拟电压控制信号，绘制控制电压信号曲线，并通过计算机实时采集并记录，在运动停止后计算出本次运动的最大幅值，获取电压信号的最大幅值A_U；

(4)根据步骤(1)的频率f和步骤(2)的振幅A_θ计算出转台定频正弦角振动的最大加速度a_max＝A_θ·(2πf)²；

(5)根据步骤(3)的电压信号的最大幅值A_U和转台控制系统中设计的电机功率放大器的放大系数K_I，放大系数K_I为常值，计算出转台角振动的最大电流I_max＝K_I·A_U；

(6)根据转台电机的力矩系数K_T，计算出转台角振动的最大力矩T_max＝K_T·I_max；

(7)计算出转台的转动惯量J＝T_max/a_max。

测量次数至少3次，应当覆盖的频率包括最大频率、2/3最大频率和1/2最大频率点，对多次计算出的转台的转动惯量取均值。

本发明的转动惯量在线测量方法还可以用于验证转台是否满足理论转动惯量，通过计算理论转动惯量J_s的偏差|J-J_s|是否在合格范围内，判断是否满足理论转动惯量的要求，门限值根据实际的需要设定，例如可以选择20％J_s，|J-J_s|<20％J_s，表明设计符合要求，当|J-J_s|≥20％J_s，表明设计偏差过大，需要更改转台该轴的设计。

对于三轴或多轴转台，可以每个轴独立测量，即让其它轴固定不动，只让被测轴做上述角运动并采集运动幅值和驱动电流幅值并计算。一个轴测完后，在逐次测量其它轴。为了避免在测试中其它轴的干扰，可将不测的轴用电磁锁或机械锁锁死。为保证测试准确，每个轴测试时，分别在该轴工作能力的最大频率、2/3最大频率和1/2最大频率点上，按照该轴设计的最大加速度能力a_max，计算出当前工作频繁f对应的最大指令幅值A_Ui＝a_max/(2πf)²，作为输入指令进行测试。测试时，每个频率点分别测量3次后，取平均值作为最终测试结果。测试中，将每次测试结果进行比较，如果每次测试结果间的偏差小于20％，则认为测试结果正常；如果测试结果间的偏差超出20％偏差，则说明测试过程有错误，应该判定为测试结果无效，并提醒测试者重新测试或者排故。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种转台转动惯量在线测量方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)给转台待测轴施加一个频率为f的正弦位置激励信号，让转台待测轴做定频正弦角振动；频率f在转台的工作范围内选择；

(2)通过装在转台待测轴上的角度传感器实时采集转台待测轴的角位置信息，读取转台实际运动的最大幅值，即振幅A_θ；

(3)通过转台控制计算机实时采集转台伺服控制器输出的控制电压信号，绘制控制电压信号曲线，获取电压信号的最大幅值A_U；

(4)根据步骤(1)的频率f和步骤(2)的振幅A_θ计算出转台定频正弦角振动的最大加速度a_max＝A_θ·(2πf)²；

(5)根据步骤(3)的电压信号的最大幅值A_U和转台电机功率放大器的放大系数K_I，计算出转台角振动的最大电流I_max＝K_I·A_U；

(6)根据转台电机的力矩系数K_T，计算出转台角振动的最大力矩T_max＝K_T·I_max；

(7)计算出转台的转动惯量J＝T_max/a_max。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，f的取值包括转台待测轴工作范围的最大频率、2/3倍频率最大频率和1/2倍频率最大频率。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，重复执行步骤(1)～(7)三次，f分别取转台待测轴工作范围的最大频率、2/3倍频率最大频率和1/2倍频率最大频率，对三次计算出的转台的转动惯量取均值。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，还包括步骤(8)，计算理论转动惯量J_s的偏差|J-J_s|是否在合格范围内。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，|J-J_s|<20％J_s，表明设计符合要求，当|J-J_s|≥20％J_s，表明设计偏差过大。

6.根据权利要求2或3所述方法，其特征在于，在每个频率点f分别重复测试3次，将每次测试结果进行比较，如果两次测试结果间的偏差小于20％，则认为测试结果正常；如果测试结果间的偏差超出20％，则说明测试过程有错误，判定为测试结果无效，提醒测试者重新测试或者排故。