CN108132437B - 一种交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，包括：铸铁底座；同步带导轨固定在铸铁底表面，其一端设有第一尾座，另一端设有第二尾座，第一尾座和第二尾座内均设有同步带轮；同步带设置在铸铁底座上，用于模拟实际工况下伺服系统中间的非刚性机械环节；同步带上设有负载装置，用于伺服电机在定位运动时机械末端的振动；被测伺服电机驱动同步带运动；被测伺服驱动器与被测伺服电机连接；传感器支撑板固定在铸铁底座上，传感器支撑板的上端设激光位移传感器。本发明通过柔性同步带模拟非刚性机械环节，通过末端安装有负载块的负载块支撑板模拟机械末端的振动，可将被测伺服电机驱动器的末端抖动抑制功能直观地展现出来。

Description

一种交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台

技术领域

本发明涉及末端抖动测试的技术领域，尤其涉及一种交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台。

背景技术

高速和高精度成为现代交流伺服系统追求的重要指标，然而在实际的应用中，不可避免要在交流伺服驱动系统中加入中间机械传动环节，如联轴器、减速器、传动轴等环节来连接电机和负载，而所加的这些机械传动环节不是理想的纯刚性体，都存在着一定的弹性。在运转过程中，这些机械传动环节虽然可以输出大的转矩，但同时也会引起伺服电机与负载之间的弹性扭转变形。另外，由于伺服控制的位置环存在一定的滞后延时，因而会导致伺服系统在定位运动时，机械末端发生振动，这将会严重影响伺服系统的指令跟踪和定位性能。

为解决这个问题，国内外许多伺服驱动器厂家多是采用数字信号处理技术，将伺服电机控制环中的振动信号进行消除或削弱，实现伺服电机与伺服传动系统良好的指令跟踪和定位性能，于是这些厂家相继开发出了具有抑制伺服系统机械末端振动功能的驱动器。由于算法、技术水平不同，不同品牌的伺服驱动器对伺服系统机械末端振动的抑制效果也有明显差异。对于伺服驱动器末端振动抑制功能的定量检测在业界尚属空白，在各个厂家的伺服驱动器说明书中，只是给出是否具有该功能或者使用方法，并没有给出测试方法与评价标准的描述，对于伺服驱动器的末端振动抑制功能所能达到的效果目前也没有统一评价标准。目前虽有许多专利是关于伺服驱动器的测试装置，但这些专利均涉及伺服驱动器通用技术指标的测量，并没有专门针对伺服驱动器末端振动抑制功能的测试。此外，部分驱动器厂家会根据自己产品设计专用装置，用于对伺服驱动器末端振动功能的演示和产品推广，并不能完成末端振动抑制这个高级功能的测试和定量测量。

为了对不同品牌的伺服驱动器末端振动抑制功能有一个统一的测试平台和评价标准，一套通用完整的定量测量伺服驱动器末端振动抑制功能的测试平台成为了迫切需要，所以我们设计本套检测平台，可对不同品牌的交流伺服驱动器末端振动抑制功能进行准确的定量测量。

由于交流伺服驱动器的机械末端振动抑制功能是近些年才被成熟应用的，目前业界还没有一套完整通用的测试平台能对不同的品牌伺服驱动器的末端振动抑制功能进行测量。

发明内容

为了解决伺服驱动器厂家专用展示或测试装置的成本高、精度低、通用性差、不便推广应用等问题，同时也为了方便用户选型，便于国家对交流伺服驱动器行业相关标准的制定，利用本发明设计的测试平台可以定量、准确的测出交流伺服驱动器中机械末端振动抑制功能的有效性以及该高级功能的强弱，本发明的目的在于提供一种交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，包括：底座；同步带装置，设置于所述底座上，用于模拟实际工况下伺服系统中间的非刚性机械环节；负载装置，设置于所述同步带装置上，用于模拟实际工况下伺服电机在定位运动时机械末端的末端振动；被测伺服电机，用于驱动所述同步带装置；被测伺服驱动器，与所述被测伺服电机相连接；传感装置，用于监测所述负载装置的末端振动。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，还包括：数据采集卡，用于采集所述传感装置的末端振动数据；工作站主机，与所述数据采集卡信号连接，用于接收并分析所述末端振动数据。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，所述同步带装置包括：同步带导轨，所述同步带导轨固定在所述底座的上表面，所述同步带导轨的一端设有第一尾座，所述同步带导轨的另一端设有第二尾座，所述第一尾座的侧面和所述第二尾座的侧面分别设有一同步带轮。同步带，所述同步带设置在所述同步带导轨的侧面，所述同步带的两侧分别与两所述同步带轮相配合。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，所述被测伺服电机固定在所述第二尾座上，所述被测伺服电机驱动所述同步带运动；所述被测伺服驱动器与所述被测伺服电机相连接，所述被测伺服驱动器与电源相连接。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，所述负载装置包括：滑块，所述滑块与所述同步带导轨可滑动连接，所述滑块的一侧与所述同步带的上侧固定连接；L型固定板，所述L型固定板固定在所述滑块的上表面；负载块支撑板，所述负载块支撑板固定在所述L型固定板上；挡块，所述挡块固定在所述L型固定板上；负载块，所述负载块固定在所述负载块支撑板的上端。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，所述传感装置包括：传感器支撑板，所述传感器支撑板固定在所述底座的上表面，所述传感器支撑板位于所述第一尾座处；激光位移传感器，所述传感器支撑板的上端设有所述激光位移传感器。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，所述激光位移传感器与所述负载块处于同一水平线上。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，所述底座上设有若干固定地脚，所述同步带导轨固定在所述固定地脚上，所述同步带导轨水平设置。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，所述被测伺服驱动器通过编码器连接线和动力线与所述被测伺服电机相连接，所述被测伺服驱动器通过电源线与所述电源相连接。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，所述被测伺服电机通过连接法兰和通用连接笼固定在所述第二尾座上。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，所述被测伺服电机的电机轴通过联轴器与所述第二尾座内的同步带轮相连接。

上述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其中，所述传感器支撑板与所述第一尾座之间的距离为100mm。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明通过柔性同步带模拟非刚性机械环节，通过末端安装有负载块的负载块支撑板模拟机械末端的振动，可将被测伺服电机驱动器的末端抖动抑制功能直观地展现出来。

(2)本发明通过更换不同尺寸的负载块和负载块支撑板，可以模拟多个频率的机械末端振动状态，从而可以检测被测伺服驱动器对不同频率的末端振动抑制效果。

附图说明

图1是本发明的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台的结构图。

图2是本发明的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台的被测伺服电机的运转模式。

图3是本发明的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台的数据采集卡内程序流程图。

附图中：1、铸铁底座；11、固定地脚；2、同步带导轨；31、第一尾座； 32、第二尾座；4、同步带；5、负载装置；51、滑块；52、L型固定板；53、负载块支撑板；54、负载块；55、挡块；6、被测伺服电机；61、连接法兰；62、通用连接笼；7、被测伺服驱动器；71、编码器连接线；72、动力线；73、电源线；81、传感器支撑板；82、激光位移传感器；91、工作站主机；92、数据采集卡。

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说明，但不作为本发明的限定。

第一实施例：

图1是本发明的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台的结构图，图2是本发明的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台的被测伺服电机的运转模式，图3是本发明的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台的数据采集卡内程序流程图，请参见图1所示，示出了一种较佳实施例的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，包括底座，还包括同步带装置，同步带装置设置于底座上，同步带装置用于模拟实际工况下伺服系统中间的非刚性机械环节。

具体地，同步带装置可以是柔性的同步带机构。

此外，作为较佳的实施例中，交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台还包括：负载装置5，负载装置5设置于同步带装置上，负载装置5随同步带装置的运动而运动，并随同步带装置的运动产生末端振动，负载装置5 用于模拟实际工况下伺服电机在定位运动时机械末端的末端振动。

具体地，负载装置5可以是末端带有负载块54的薄板结构，由于末端带有负载块54的薄板结构会在运动过程中产生末端振动，以此模拟实际工况下伺服电机在定位运动时机械末端的末端振动。

此外，作为较佳的实施例中，交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台还包括：被测伺服电机6和被测伺服驱动器7，被测伺服电机6用于驱动同步带装置，为同步带装置提供动力。被测伺服驱动器7与被测伺服电机6 相连接。

此外，作为较佳的实施例中，交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台还包括：传感装置，传感装置用于监测负载装置的末端振动，将负载装置产生的末端振动转换为模拟信号并输出。

具体地，末端振动包括振动的幅值以及振动的频率。

此外，作为较佳的实施例中，数据采集卡92和工作站主机91，数据采集卡92用于采集传感装置输出的末端振动数据的模拟信号，并将该模拟信号转换为数字信号并发送至工作站主机91。工作站主机91与数据采集卡92信号连接，工作站主机91用于接收并分析末端振动数据。

第二实施例：

请继续参见图1至图3所示，示出了另一种较佳实施例的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，包括：铸铁底座1和同步带导轨2，同步带导轨2固定在铸铁底座1的上表面，同步带导轨2的一端设有第一尾座31，同步带导轨2的另一端设有第二尾座32，第一尾座31和第二尾座32的侧面分别设有一同步带轮。

此外，作为较佳的实施例中，交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台还包括：同步带4，同步带4设置在铸铁底座1上，同步带4设置在同步带导轨2的侧面，同步带4的两侧分别与两同步带轮相配合，同步带4用于模拟实际工况下伺服系统中间的非刚性机械环节。

此外，作为较佳的实施例中，交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台还包括：负载装置5，同步带4上设有负载装置5，负载装置5用于伺服电机在定位运动时机械末端的振动。

此外，作为较佳的实施例中，交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台还包括：被测伺服电机6，被测伺服电机6固定在第二尾座32上，被测伺服电机6驱动同步带4运动。

此外，作为较佳的实施例中，交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台还包括：被测伺服驱动器7，被测伺服驱动器7与被测伺服电机6相连接，被测伺服驱动器7与电源相连接。

此外，作为较佳的实施例中，交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台还包括：传感器支撑板81，传感器支撑板81固定在铸铁底座1的上表面，传感器支撑板81位于第一尾座31处，传感器支撑板81的上端设有激光位移传感器82。

此外，作为较佳的实施例中，交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台还包括：工作站主机91，工作站主机91内设有数据采集卡92，激光位移传感器82的输出端与数据采集卡92相连接。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：

本发明的进一步实施例中，请继续参见图1至图3所示，负载装置5包括：滑块51，滑块51与同步带导轨2可滑动连接，滑块51的一侧与同步带 4固定连接。

本发明的进一步实施例中，负载装置5还包括：L型固定板52，L型固定板52固定在滑块51的上表面。

本发明的进一步实施例中，负载装置5还包括：负载块支撑板53，负载块支撑板53固定在L型固定板52上。

本发明的进一步实施例中，负载装置5还包括：负载块54，负载块54 固定在负载块支撑板53的上端。

本发明的进一步实施例中，负载装置5还包括：挡块55，挡块55固定在L型固定板52上。

本发明的进一步实施例中，激光位移传感器82与负载块54处于同一水平线上，激光位移传感器82用于检测负载块54的振动。

本发明的进一步实施例中，铸铁底座1上设有若干固定地脚11，同步带导轨2固定在固定地脚11上，同步带导轨2水平设置。

本发明的进一步实施例中，被测伺服驱动器7通过编码器连接线71和动力线72与被测伺服电机6相连接，被测伺服驱动器7通过电源线73与电源相连接。

本发明的进一步实施例中，被测伺服电机6通过连接法兰61和通用连接笼62固定在第二尾座32上。

本发明的进一步实施例中，传感器支撑板81与第一尾座31之间的距离为100mm。

本发明的进一步实施例中，被测伺服电机6的电机轴通过联轴器与第二尾座32内的同步带轮相连接。

本发明的进一步实施例中，同步带4为柔性同步带，通过柔性同步带来模拟实际工况下交流伺服系统中间的非刚性机械环节；负载块支撑板53为薄板结构，通过负载块支撑板53和负载块54模拟伺服电机在定位运动时机械末端的振动。由于同步带4的传动柔性比实际工况下伺服系统中间机械环节的柔性要大得多，因此在被测伺服电机6定位运动时，末端的机械振动量也要比实际工况下要大，若被测伺服驱动器7具有末端抖动抑制功能，那么利用本发明中的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，可将抑制效果直观的展现出来。

本发明的进一步实施例中，通过更换不同尺寸的负载块54和负载块支撑板53，可以模拟多个频率的机械末端振动状态，从而可以检测被测伺服驱动器7对不同频率的末端振动抑制效果。

本发明的进一步实施例中，激光位移传感器82采用测量精度为μm级的激光位移传感器，可以对被测伺服电机6定位时末端负载块的振动位移进行精确的测量。在利用数据采集卡92对激光位移传感器82的输出进行采集和数据分析处理，可以得到负载块54的振动位移曲线、振动频率等信息，通过工作站主机91将这些信息实时展现出来。

本发明的进一步实施例中，数据采集卡92采用研华科技公司出产的基于Labview可视化编程的高精度数据采集卡，数据采集卡92采集并处理激光位移传感器82的输出端输入的模拟信号，以USB通讯线上传至工作站主机91，在工作站主机91中用Labview搭建上位机界面，将测试结果直观清晰的展现出来。

本发明的进一步实施例中，编写数据采集卡92的Labview程序流程图如图3所示包括：

步骤S1：配置数据采集卡；

步骤S2：开始数据采集；

步骤S3：判断数据采集是否结束；若否，则执行步骤S4；若是，则程序结束。

步骤S4：读取数据，显示振动频率；

步骤S4.1：显示时域曲线；

步骤S4.2：显示频域曲线；

步骤S5：回到步骤S3。

本发明的进一步实施例中，在被测伺服驱动器7的末端振动抑制功能开启和关闭两种情况下，利用交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台分别测量负载块54的振动位移，便可以检测出被测伺服驱动器7是否有机械末端振动抑制功能以及这个功能的强弱。

本发明的进一步实施例中，激光位移传感器82选用德国米铱的 optoNCDT1420紧凑型激光三角反射式位移传感器，利用该传感器，使得交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台的测量范围可达0～500mm，即被测伺服电机6做定位运动时，负载块54在距离激光位移传感器100mm～600mm 范围内的振动特性，如振动的幅值、振动的频率等均可测量。

本发明的进一步实施例中，交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台的响应频率可达4KHz，即被测伺服电机6做定位运动引起的导轨滑台末端的负载块54的振动频率在0～4KHz范围内，其振动特性均可测量。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其特征在于，包括：

底座；

同步带装置，设置于所述底座上，用于模拟实际工况下伺服系统中间的非刚性机械环节；

负载装置，设置于所述同步带装置上，用于模拟实际工况下伺服电机在定位运动时机械末端的末端振动；

被测伺服电机，用于驱动所述同步带装置；

被测伺服驱动器，与所述被测伺服电机相连接；

传感装置，用于监测所述负载装置的末端振动；

所述同步带装置包括：

同步带导轨，所述同步带导轨固定在所述底座的上表面，所述同步带导轨的一端设有第一尾座，所述同步带导轨的另一端设有第二尾座，所述第一尾座的侧面和所述第二尾座的侧面分别设有一同步带轮；

同步带，所述同步带设置在所述同步带导轨的侧面，所述同步带的两侧分别与两所述同步带轮相配合；

所述负载装置包括：

滑块，所述滑块与所述同步带导轨可滑动连接，所述滑块的一侧与所述同步带的上侧固定连接；

L型固定板，所述L型固定板固定在所述滑块的上表面；

负载块支撑板，所述负载块支撑板固定在所述L型固定板上；

挡块，所述挡块固定在所述L型固定板上；

负载块，所述负载块固定在所述负载块支撑板的上端。

2.根据权利要求1所述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其特征在于，还包括：

数据采集卡，用于采集所述传感装置的末端振动数据；

工作站主机，与所述数据采集卡信号连接，用于接收并分析所述末端振动数据。

3.根据权利要求1所述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其特征在于，所述被测伺服电机固定在所述第二尾座上，所述被测伺服电机驱动所述同步带运动；所述被测伺服驱动器与所述被测伺服电机相连接，所述被测伺服驱动器与电源相连接。

4.根据权利要求1所述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其特征在于，所述传感装置包括：

传感器支撑板，所述传感器支撑板固定在所述底座的上表面，所述传感器支撑板位于所述第一尾座处；

激光位移传感器，所述传感器支撑板的上端设有所述激光位移传感器。

5.根据权利要求4所述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其特征在于，所述激光位移传感器与所述负载块处于同一水平线上。

6.根据权利要求4所述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其特征在于，所述底座上设有若干固定地脚，所述同步带导轨固定在所述固定地脚上，所述同步带导轨水平设置。

7.根据权利要求4所述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其特征在于，所述被测伺服驱动器通过编码器连接线和动力线与所述被测伺服电机相连接，所述被测伺服驱动器通过电源线与电源相连接。

8.根据权利要求4所述的交流伺服驱动器末端抖动抑制功能测试平台，其特征在于，所述被测伺服电机通过连接法兰和通用连接笼固定在所述第二尾座上，所述被测伺服电机的电机轴通过联轴器与所述第二尾座内的同步带轮相连接。

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