CN109309464B - 一种伺服响应带宽测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种伺服响应带宽测试方法，包括设置伺服电机的工作模式为位置模式，设置伺服电机的速度环增益和电流环增益；接收来自脉冲发生器的脉冲频率指令；读取伺服电机在脉冲频率指令下的实际转速；根据脉冲频率指令对应的转速和伺服电机的实际转速，得到伺服电机的位置环带宽、速度环带宽和电流环带宽。本发明通过设置伺服电机的速度环增益和电流环增益，简化伺服电机的控制环路，使得伺服电机的控制环路仅与位置环增益有关；再通过调整位置环增益，获得超调临界点对应的上升时间，通过该上升时间来反推出位置环带宽、速度环带宽和电流环带宽，进而可以快速简单准确评估伺服的响应带宽。

Description

一种伺服响应带宽测试方法及系统

技术领域

本发明涉及伺服电机技术领域，尤其涉及一种伺服响应带宽测试方法及系 统。

背景技术

在传统伺服响应带宽测试中，一般采用带宽定义的直接法，即注入速度给 定或者力矩给定的谐波，检测反馈通道与给定之间的幅值衰减或者以相位90° 滞后为标准得到。在上述测试方法中，存在正弦波给定繁琐复杂、耗时等缺点， 在有些伺服给定通道内部有滤波器的情况下，检测结果甚至是错误的，特别是 电流环带宽，一般拿到的样品，很难得到力矩给定分量的入口，使得测试无法 进行。

上述内容仅用于辅助理解发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有 技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种伺服响应带宽测试方法及系统。

一方面，本发明实施例提供一种伺服响应带宽测试方法，该伺服响应带宽 测试方法包括以下步骤：

设置伺服电机的工作模式为位置模式，设置伺服电机的速度环增益和电流 环增益；

接收来自脉冲发生器的脉冲频率指令；

读取所述伺服电机在所述脉冲频率指令下的实际转速；

根据所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速，得到所述 伺服电机的位置环带宽、速度环带宽和电流环带宽。

优选地，在系统上电初始化，设置伺服电机的工作模式为位置模式，设置 伺服电机的速度环增益和电流环增益的所述步骤中，将所述伺服电机的所述速 度环增益和所述电流环增益设置为最大值。

优选地，所述脉冲频率指令对应的转速为所述伺服电机的额定转速的四分 之一。

优选地，根据所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速， 计算所述伺服电机的位置环带宽、速度环带宽和电流环带宽的所述步骤包括：

绘制所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速之间的波形 曲线，其中，所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速之间的 闭环传递函数为

K_p为位置环增益；

根据所述波形曲线，增加所述位置环增益，记录下超调临界点对应的上升 时间τ_end；

根据下面的公式计算位置环带宽f_pos、速度环带宽f_spd和电流环带宽f_cur，

优选地，在接收来自脉冲发生器的脉冲频率指令的所述步骤之前还包括：

将位置环的位置指令滤波参数设置为零。

相应地，本发明还提供一种伺服响应带宽测试系统，包括：

设置模块，用于设置伺服电机的工作模式为位置模式，设置伺服电机的速 度环增益和电流环增益；

接收模块，用于接收来自脉冲发生器的脉冲频率指令；

读取模块，用于读取所述伺服电机在所述脉冲频率指令下的实际转速；

计算模块，用于根据所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际 转速，计算所述伺服电机的位置环带宽、速度环带宽和电流环带宽。

优选地，所述设置模块将所述伺服电机的所述速度环增益和所述电流环增 益设置为最大值。

优选地，所述脉冲频率指令对应的转速为所述伺服电机的额定转速的四分 之一。

优选地，所述计算模块包括：

曲线生成单元，用于绘制所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的 实际转速之间的波形曲线，其中，所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电 机的实际转速之间的闭环传递函数为

K_p为位置环增益；

分析单元，用于根据所述波形曲线，增加所述位置环增益，记录下超调临 界点对应的上升时间τ_end；

带宽计算单元，用于根据下面的公式计算位置环带宽f_pos、速度环带宽f_spd和 电流环带宽f_cur，

优选地，所述设置模块还用于将位置环的位置指令滤波参数设置为零。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明实施例通过设置伺服电机 的速度环增益和电流环增益，简化伺服电机的控制环路，使得伺服电机的控制 环路仅与位置环增益有关；再通过调整位置环增益，获得超调临界点对应的上 升时间，通过该上升时间来反推出位置环带宽、速度环带宽和电流环带宽，进 而可以快速简单准确评估伺服的响应带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明一实施例提供的伺服响应带宽测试方法的流程图；

图2所示为脉冲频率指令对应的转速V_cmd和伺服电机的实际转速V_mot之间的 波形曲线；

图3所示为不同K_p下的脉冲频率指令对应的转速V_cmd和伺服电机的实际转 速V_mot之间的波形曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种伺服响应带宽测试方法，参见图1，该伺服响应带 宽测试方法包括以下步骤：

步骤S1：设置伺服电机的工作模式为位置模式，设置伺服电机的速度环增 益和电流环增益；

具体地，在本发明一实施例中，在初始上电后，将伺服电机的工作模式设 置为位置模式，之后将伺服电机的速度环增益和电流环增益调至最大。进一步 地，一般电流环增益在出厂时已经调到最佳状态，可以不用再调，仅仅调节速 度增益，使内环响应尽量大。通过将速度环增益和电流环增益调至最大，可以 将伺服电机的控制环路中的速度环和电流换认为是直通的，因此，可以简化伺 服电机的控制环路。

步骤S2：接收来自脉冲发生器的脉冲频率指令；

具体地，在本发明一实施例中，脉冲发生器阶跃发送固定频率的脉冲，以 控制伺服电机在该脉冲频率指令下工作。进一步地，为了保证调节器不饱和， 令所述脉冲频率指令对应的转速为所述伺服电机的额定转速的四分之一。

进一步地，在本发明一实施例中，在步骤S2之前还包括：将位置环的位置 指令滤波参数设置为零。通过将位置环的位置指令滤波参数设置为零，相当于 取消了对来自脉冲发生器的脉冲的滤波，使得伺服电机处于最快响应状态。

步骤S3：读取所述伺服电机在所述脉冲频率指令下的实际转速；

步骤S4：根据所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速， 计算所述伺服电机的位置环带宽、速度环带宽和电流环带宽。

具体地，在本发明一实施例中，所述步骤S4包括：

步骤S41：绘制所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速之 间的波形曲线，其中，所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转 速之间的闭环传递函数为

K_p为位置环增益；

步骤S42：根据所述波形曲线，增加所述位置环增益，记录下超调临界点对 应的上升时间τ_end；τ

步骤S43：根据下面的公式计算位置环带宽f_pos、速度环带宽f_spd和电流环 带宽f_cur，

如上所述，由于已将速度环增益和电流环增益调至最大，因此，简化后的 伺服电机的控制环路的闭环传递函数为

K_p为位置环增益。根 据该闭环传递函数，可以绘制控制环路输入量(即脉冲频率指令对应的转速V_cmd) 和输出量(伺服电机的实际转速V_mot)之间的波形曲线，如图2所示。图3所 示为不同K_p下的波形曲线，通过图3可以看到当K_p逐渐增大时，反馈的波形越 来越“陡峭”，上升时间(对应63.2％给定的时间)越来越小，记录下即将超调 的点，此点就是不满足公式的临界点，此刻对应上升时间记为τ_end。

进一步地，一般情况下，系统稳定的条件要满足以下公式：

位置环带宽<＝1/4速度环带宽；

速度环带宽<＝1/4电流环带宽。

因此，通过上面得到的上升时间τ_end即下面的公式来计算位置环带宽f_pos、 速度环带宽f_spd和电流环带宽f_cur，

本发明实施例通过设置伺服电机的速度环增益和电流环增益，简化伺服电 机的控制环路，使得伺服电机的控制环路仅与位置环增益有关；再通过调整位 置环增益，获得超调临界点对应的上升时间，通过该上升时间来反推出位置环 带宽、速度环带宽和电流环带宽，进而可以快速简单准确评估伺服的响应带宽。

本发明还提供一种伺服响应带宽测试系统，该测试系统包括：

设置模块，用于设置伺服电机的工作模式为位置模式，设置伺服电机的速 度环增益和电流环增益；

具体地，在本发明一实施例中，在初始上电后，将伺服电机的工作模式设 置为位置模式，之后将伺服电机的速度环增益和电流环增益调至最大。进一步 地，一般电流环增益在出厂时已经调到最佳状态，可以不用再调，仅仅调节速 度增益，使内环响应尽量大。通过将速度环增益和电流环增益调至最大，可以 将伺服电机的控制环路中的速度环和电流换认为是直通的，因此，可以简化伺 服电机的控制环路。

接收模块，用于接收来自脉冲发生器的脉冲频率指令；

具体地，在本发明一实施例中，脉冲发生器阶跃发送固定频率的脉冲，以 控制伺服电机在该脉冲频率指令下工作。进一步地，为了保证调节器不饱和， 令所述脉冲频率指令对应的转速为所述伺服电机的额定转速的四分之一。

进一步地，在本发明一实施例中，所述设置模块还用于将位置环的位置指 令滤波参数设置为零。通过将位置环的位置指令滤波参数设置为零，相当于取 消了对来自脉冲发生器的脉冲的滤波，使得伺服电机处于最快响应状态。

读取模块，用于读取所述伺服电机在所述脉冲频率指令下的实际转速；

计算模块，用于根据所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际 转速，计算所述伺服电机的位置环带宽、速度环带宽和电流环带宽。

具体地，在本发明一实施例中，所述计算模块40包括：

曲线生成单元，用于绘制所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的 实际转速之间的波形曲线，其中，所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电 机的实际转速之间的闭环传递函数为

K_p为位置环增益；

分析单元，用于根据所述波形曲线，增加所述位置环增益，记录下超调临 界点对应的上升时间τ_end；

带宽计算单元，用于根据下面的公式计算位置环带宽f_pos、速度环带宽f_spd和 电流环带宽f_cur，

本发明实施例通过设置伺服电机的速度环增益和电流环增益，简化伺服电 机的控制环路，使得伺服电机的控制环路仅与位置环增益有关；再通过调整位 置环增益，获得超调临界点对应的上升时间，通过该上升时间来反推出位置环 带宽、速度环带宽和电流环带宽，进而可以快速简单准确评估伺服的响应带宽。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发 明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流 程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种伺服响应带宽测试方法，其特征在于，该伺服响应带宽测试方法包括以下步骤：

设置伺服电机的工作模式为位置模式，设置伺服电机的速度环增益和电流环增益；

接收来自脉冲发生器的脉冲频率指令；

读取所述伺服电机在所述脉冲频率指令下的实际转速；

根据所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速，得到所述伺服电机的位置环带宽、速度环带宽和电流环带宽，包括：

绘制所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速之间的波形曲线，其中，所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速之间的闭环传递函数为

K_p为位置环增益；

根据所述波形曲线，增加所述位置环增益，记录下超调临界点对应的上升时间τ_end；

根据下面的公式计算位置环带宽f_pos、速度环带宽f_spd和电流环带宽f_cur，

2.根据权利要求1所述的伺服响应带宽测试方法，其特征在于，在系统上电初始化，设置伺服电机的工作模式为位置模式，设置伺服电机的速度环增益和电流环增益的所述步骤中，将所述伺服电机的所述速度环增益和所述电流环增益设置为最大值。

3.根据权利要求1所述的伺服响应带宽测试方法，其特征在于，所述脉冲频率指令对应的转速为所述伺服电机的额定转速的四分之一。

4.根据权利要求1所述的伺服响应带宽测试方法，其特征在于，在接收来自脉冲发生器的脉冲频率指令的所述步骤之前还包括：

将位置环的位置指令滤波参数设置为零。

5.一种伺服响应带宽测试系统，其特征在于，包括：

设置模块，用于设置伺服电机的工作模式为位置模式，设置伺服电机的速度环增益和电流环增益；

接收模块，用于接收来自脉冲发生器的脉冲频率指令；

读取模块，用于读取所述伺服电机在所述脉冲频率指令下的实际转速；

计算模块，用于根据所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速，计算所述伺服电机的位置环带宽、速度环带宽和电流环带宽；所述计算模块包括：

曲线生成单元，用于绘制所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速之间的波形曲线，其中，所述脉冲频率指令对应的转速和所述伺服电机的实际转速之间的闭环传递函数为

K_p为位置环增益；

分析单元，用于根据所述波形曲线，增加所述位置环增益，记录下超调临界点对应的上升时间τ_end；

带宽计算单元，用于根据下面的公式计算位置环带宽f_pos、速度环带宽f_spd和电流环带宽f_cur，

6.根据权利要求5所述的伺服响应带宽测试系统，其特征在于，所述设置模块将所述伺服电机的所述速度环增益和所述电流环增益设置为最大值。

7.根据权利要求5所述的伺服响应带宽测试系统，其特征在于，所述脉冲频率指令对应的转速为所述伺服电机的额定转速的四分之一。

8.根据权利要求5所述的伺服响应带宽测试系统，其特征在于，所述设置模块还用于将位置环的位置指令滤波参数设置为零。

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