CN111999555B - 伺服系统谐振频率检测方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种伺服系统谐振频率检测方法、装置、电子设备及存储介质，涉及伺服控制技术领域。该应用于伺服系统的方法包括：接收检测指令，检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，检测频段集包括至少两个检测频段；基于额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，生成扫频信号；基于扫频信号在检测频段集中的每个检测频段获取编码器位置信息；基于编码器位置信息确定分频速度处理值；基于分频系数对扫频信号确定分频扫频信号；基于分频扫频信号和分频速度处理值确定谐振频率点和反谐振频率点。通过不同检测频段进行不同采样率的采样，减少伺服下位机硬件存储资源的开销，减少了谐振频率检测的计算量。

Description

伺服系统谐振频率检测方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及伺服控制技术领域，具体而言，涉及一种伺服系统谐振频率检测方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

在航天、工业生产、机器人、数控机床等自动化领域，伺服控制系统占据了举足轻重的地位。近年来，随着自动化领域的发展，对伺服控制的品质要求越来越高。伺服控制在应用上往往与柔性机械结构连接，柔性机械结构的频率特性限制了伺服响应性能，所以检测机械负载谐振频率非常重要。

目前在伺服控制上机械谐振频率的检测主要有两种方式，第一种为时域测量方式，该方式通过录波数据粗略估算振动频率，准确度较低。第二种为频率跟踪方式，该方式能够自适应调整频率值，最终收敛到谐振频率值，但该方式不能得到较宽的频率信息，仅对单谐振点的检测效果较好。但是上述两种方式在通过伺服下位机进行采样时，均需要消耗大量的硬件存储资源进行振动频率数据采集和存储，谐振频率的检测计算量较大。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种伺服系统谐振频率检测方法、装置、电子设备及存储介质，以改善现有技术中存在的伺服下位机硬件存储资源开销和谐振频率检测的计算量较大的问题。

本申请实施例提供了一种伺服系统谐振频率检测方法，应用于与上位机连接的伺服系统，所述伺服系统谐振频率检测方法包括：从所述上位机接收检测指令，所述检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，所述检测频段集包括至少两个检测频段；基于所述额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，生成扫频信号；基于所述扫频信号在所述检测频段集中的每个检测频段获取编码器位置信息；基于所述编码器位置信息确定分频速度处理值；基于所述分频系数对所述扫频信号进行分频抽取，获得所述分频扫频信号；基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号确定所述伺服系统的机械负载的谐振频率点和反谐振频率点。

在上述实现方式中，将检测频段划分为多个不同检测频段，基于每个检测频段的频率据不同频段采用相同采样点数不同采样率的方式进行数据采样，减少伺服下位机硬件存储资源的开销，减少了谐振频率检测的计算量。

可选地，所述基于所述额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，生成扫频信号，包括：基于所述额定扭矩百分比、所述电机额定扭矩和所述采样点数以及每个检测频段的分频系数，采用扫频信号生成公式生成扫频信号；所述扫频信号生成公式包括：

其中，A为所述电机额定扭矩，ξ为所述额定扭矩百分比，K为所述分频系数，n为扭矩控制频率下的数字计数值，T表示生成的扫频信号，j为采样的数据点数。/>

在上述实现方式中，基于每个检测频段不同的采样周期和分频系数生成扫频信号，从而实现基于扫频信号分别对不同检测频段进行不同采样率的频率数据采样。

可选地，所述基于所述编码器位置信息确定分频速度处理值，包括：基于所述编码器位置信息，采用速度差分计算方式确定所述速度差分计算值；所述速度差分计算方式包括：

其中，E(k)为第k拍的所述编码器位置信息，E(k-1)为第k-1拍的所述编码器位置信息，P为编码器一圈的脉冲数，V(k)为第k拍的所述速度差分计算值，z为扭矩控制频率；基于每个检测频段的所述分频系数对所述速度差分计算值进行下采样，获得所述分频速度处理值。

在上述实现方式中，在基于编码器位置信息计算速度差分计算值后，通过下采样的处理，降低了其频谱混叠，从而提高了后续谐振频率检测步骤的准确性。

可选地，所述基于所述检测频段集中的每个检测频段的所述分频系数对所述速度差分计算值进行下采样，获得分频速度处理值，包括：基于所述检测指令确定每个检测频段的下采样参数；基于所述下采样参数和所述速度差分计算值，采用速度处理值计算公式确定速度处理值；所述速度处理值计算公式包括：V_flt(k)＝a·V(k)+b·V(k-1)+c·V(k-2)+d·V(k-3)+e·V(k-4)+f·V(k-5)+g·V(k-6)+h·V(k-7)，其中，a、b、c、d、e、f、g、h为所述下采样参数，V(k)为第k拍的所述速度差分计算值，V_flt(k)为所述速度处理值；基于所述分频系数对所述速度处理值进行分频抽取，获得所述分频速度处理值。

在上述实现方式中，采用与多个检测频段分别对应的下采样参数进行下采样计算获得速度处理值，提高了下采用与各个检测频段之间的匹配性，从而提高了下采样处理获得的速度处理值的准确度。

本申请实施例还提供了一种伺服系统谐振频率检测方法，应用于与伺服系统连接的上位机，所述方法包括：生成检测指令，并向所述伺服系统发送所述检测指令，以使所述伺服系统基于所述检测指令获得机械负载的分频速度处理值和分频扫频信号，所述检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，所述检测频段集包括至少两个检测频段；接收所述伺服系统返回的所述分频速度处理值和所述分频扫频信号；基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号获取指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应；基于所述幅频响应和相频绘制幅频响应图像；确定所述幅频响应图像中的极大值点为所述机械负载的谐振频率点，确定所述幅频响应图像中的极小值点为所述机械负载的反谐振频率点。

在上述实现方式中，通过发送包括至少两个检测频段的检测指令以使伺服下位机针对多个检测频段进行采样率不同的数据采样，降低伺服下位机硬件存储资源的开销，减少了谐振频率检测的计算量，此外，基于伺服系统返回的幅频响应和相频绘制幅频响应图像来确定伺服系统机械负载的谐振频率点和反谐振频率点，在保证谐振频率检测准确性的同时进一步降低了谐振频率检测的计算量。

可选地，所述基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号获取指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应，包括：步骤a.设置当前频谱分辨率倍数g＝1；步骤b.对所述分频速度处理值和所述分频扫频信号进行插值处理，获得插值速度处理值和插值扫频信号；步骤c.基于所述当前频谱分辨率倍数，对所述插值速度处理值和所述插值扫频信号进行离散傅里叶变换，获得离散速度处理值和离散扫频信号；步骤d.基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号计算当前频谱分辨率倍数对应的幅频响应和相频响应；步骤e.在频谱分辨率小于预设频谱分辨率且所述当前频谱分辨率倍数小于预设频谱分辨率倍数时，设置g＝g+1，并再次执行步骤a至步骤e；在所述频谱分辨率大于或等于所述预设频谱分辨率或所述当前频谱分辨率倍数等于预设频谱分辨率倍数时，确定所述当前频谱分辨率倍数对应的幅频响应和相频响应为所述指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应。

在上述实现方式中，通过频谱分辨率倍数的设定使伺服系统谐振频率检测方法能够获得更高频谱分辨率的数据进行谐振频率检测，从而提高了谐振频率检测的精确度，同时通过差值处理方式，进一步提高了伺服系统机械负载频率响应的分辨率。

可选地，所述基于所述当前频谱分辨率倍数，对所述插值分频速度处理值和所述插值分频扫频信号进行离散傅里叶变换，获得离散速度处理值和离散扫频信号，包括：基于所述当前频谱分辨率倍数，采用离散傅里叶变换公式对所述插值分频速度处理值和所述插值分频扫频信号进行离散傅里叶变换，获得所述离散速度处理值和所述离散扫频信号；所述离散傅里叶变换公式包括：

其中，V_DFT(k)为第k拍的所述离散速度处理值，T_DFT(k)第k拍的所述离散扫频信号，V_i(n)为扭矩控制频率下的数字计数值为n时的所述插值分频速度处理值，T_i(n)为扭矩控制频率下的数字计数值为n时的所述插值分频扫频信号，j为采样的数据点数。

在上述实现方式中，采用更加符合插值离散处理的上述离散傅里叶变换公式进行离散速度处理值和离散扫频信号的计算，通过提高计算公式与分频数据的匹配性，提高了离散速度处理值和离散扫频信号的计算精确度。

可选地，所述基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号计算当前频谱分辨率倍数对应的幅频响应和相频响应，包括：基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号，采用幅频响应计算公式确定所述幅频响应；所述幅频响应计算公式包括：

其中，A(jω)为所述幅频响应；基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号，采用相频响应计算公式确定所述相频响应；所述相频响应计算公式包括：θ(jω)≈angle(V_DFT(k))-angle(T_DFT(k))，其中，θ(jω)为所述相频响应。

在上述实现方式中，通过幅频响应计算公式和相频响应计算公式获得幅频响应和相频响应，基于幅频响应和相频响应确定谐振频率点和反谐振频率点的计算量较小，从而降低了伺服下位机的计算量。

本申请实施例还提供了一种伺服系统谐振频率检测装置，应用于与上位机连接的伺服系统，所述装置包括：检测指令接收模块，用于从所述上位机接收检测指令，所述检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，所述检测频段集包括至少两个检测频段；扫频信号生成模块，用于基于所述额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，生成扫频信号；位置信息获取模块，用于基于所述扫频信号在所述检测频段集中的每个检测频段获取编码器位置信息；分频模块，用于基于所述编码器位置信息确定分频速度处理值，基于所述分频系数对所述扫频信号进行分频抽取，获得所述分频扫频信号；分频信号发送模块，用于基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号确定所述伺服系统的机械负载的谐振频率点和反谐振频率点。

在上述实现方式中，将检测频段划分为多个不同检测频段，基于每个检测频段的频率据不同频段采用相同采样点数不同采样率的方式进行数据采样，减少伺服下位机硬件存储资源的开销，减少了谐振频率检测的计算量。

可选地，所述扫频信号生成模块具体用于：基于所述额定扭矩百分比、所述电机额定扭矩和所述采样点数以及每个检测频段的分频系数，采用扫频信号生成公式生成扫频信号；所述扫频信号生成公式包括：

其中，A为所述电机额定扭矩，ξ为所述额定扭矩百分比，K为所述分频系数，n为扭矩控制频率下的数字计数值，T表示生成的扫频信号，j为采样的数据点数。

在上述实现方式中，基于每个检测频段不同的采样周期和分频系数生成扫频信号，从而实现基于扫频信号分别对不同检测频段进行不同采样率的频率数据采样。

可选地，所述分频模块具体用于：基于所述编码器位置信息，采用速度差分计算方式确定所述速度差分计算值；所述速度差分计算方式包括：

其中，E(k)为第k拍的所述编码器位置信息，E(k-1)为第k-1拍的所述编码器位置信息，P为编码器一圈的脉冲数，V(k)为第k拍的所述速度差分计算值，z为扭矩控制频率；基于每个检测频段的所述分频系数对所述速度差分计算值进行下采样，获得所述分频速度处理值。

在上述实现方式中，在基于编码器位置信息计算速度差分计算值后，通过下采样的处理，降低了其频谱混叠，从而提高了后续谐振频率检测步骤的准确性。

可选地，所述分频模块具体用于：基于所述检测指令确定每个检测频段的下采样参数；基于所述下采样参数和所述速度差分计算值，采用速度处理值计算公式确定速度处理值；所述速度处理值计算公式包括：V_flt(k)＝a·V(k)+b·V(k-1)+c·V(k-2)+d·V(k-3)+e·V(k-4)+f·V(k-5)+g·V(k-6)+h·V(k-7)，其中，a、b、c、d、e、f、g、h为所述下采样参数，V(k)为第k拍的所述速度差分计算值，V_flt(k)为所述速度处理值；基于所述分频系数对所述速度处理值进行分频抽取，获得所述分频速度处理值。

在上述实现方式中，采用与多个检测频段分别对应的下采样参数进行下采样计算获得速度处理值，提高了下采用与各个检测频段之间的匹配性，从而提高了下采样处理获得的速度处理值的准确度。

本申请实施例还提供了一种伺服系统谐振频率检测装置，应用于与伺服系统连接的上位机，所述装置包括：检测指令发送模块，用于生成检测指令，并向所述伺服系统发送所述检测指令，以使所述伺服系统基于所述检测指令获得机械负载的分频速度处理值和分频扫频信号，所述检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，所述检测频段集包括至少两个检测频段；分频信号接收模块，用于接收所述伺服系统返回的所述分频速度处理值和所述分频扫频信号；响应确定模块，用于基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号获取指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应；绘制模块，用于基于所述幅频响应和相频绘制幅频响应图像；谐振频率确定模块，用于确定所述幅频响应图像中的极大值点为所述机械负载的谐振频率点，确定所述幅频响应图像中的极小值点为所述机械负载的反谐振频率点。

在上述实现方式中，通过发送包括至少两个检测频段的检测指令以使伺服下位机针对多个检测频段进行采样率不同的数据采样，降低伺服下位机硬件存储资源的开销，减少了谐振频率检测的计算量，此外，基于伺服系统返回的幅频响应和相频绘制幅频响应图像来确定伺服系统机械负载的谐振频率点和反谐振频率点，在保证谐振频率检测准确性的同时进一步降低了谐振频率检测的计算量。

可选地，所述响应确定模块具体用于：步骤a.设置当前频谱分辨率倍数g＝1；步骤b.对所述分频速度处理值和所述分频扫频信号进行插值处理，获得插值速度处理值和插值扫频信号；步骤c.基于所述当前频谱分辨率倍数，对所述插值速度处理值和所述插值扫频信号进行离散傅里叶变换，获得离散速度处理值和离散扫频信号；步骤d.基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号计算当前频谱分辨率倍数对应的幅频响应和相频响应；步骤e.在频谱分辨率小于预设频谱分辨率且所述当前频谱分辨率倍数小于预设频谱分辨率倍数时，设置g＝g+1，并再次执行步骤a至步骤e；在所述频谱分辨率大于或等于所述预设频谱分辨率或所述当前频谱分辨率倍数等于预设频谱分辨率倍数时，确定所述当前频谱分辨率倍数对应的幅频响应和相频响应为所述指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应。

在上述实现方式中，通过频谱分辨率倍数的设定使伺服系统谐振频率检测方法能够获得更高频谱分辨率的数据进行谐振频率检测，从而提高了谐振频率检测的精确度，同时通过差值处理方式，进一步提高了伺服系统机械负载频率响应的分辨率。

可选地，所述响应确定模块具体用于：基于所述当前频谱分辨率倍数，采用离散傅里叶变换公式对所述插值分频速度处理值和所述插值分频扫频信号进行离散傅里叶变换，获得所述离散速度处理值和所述离散扫频信号；所述离散傅里叶变换公式包括：

其中，V_DFT(k)为第k拍的所述离散速度处理值，T_DFT(k)第k拍的所述离散扫频信号，V_i(n)为扭矩控制频率下的数字计数值为n时的所述插值分频速度处理值，T_i(n)为扭矩控制频率下的数字计数值为n时的所述插值分频扫频信号，j为采样的数据点数。

在上述实现方式中，采用更加符合插值离散处理的上述离散傅里叶变换公式进行离散速度处理值和离散扫频信号的计算，通过提高计算公式与分频数据的匹配性，提高了离散速度处理值和离散扫频信号的计算精确度。

可选地，所述响应确定模块具体用于：基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号，采用幅频响应计算公式确定所述幅频响应；所述幅频响应计算公式包括：

其中，A(jω)为所述幅频响应；基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号，采用相频响应计算公式确定所述相频响应；所述相频响应计算公式包括：θ(jω)≈angle(V_DFT(k))-angle(T_DFT(k))，其中，θ(jω)为所述相频响应。

在上述实现方式中，通过幅频响应计算公式和相频响应计算公式获得幅频响应和相频响应，基于幅频响应和相频响应确定谐振频率点和反谐振频率点的计算量较小，从而降低了伺服下位机的计算量。

本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器读取并运行所述程序指令时，执行上述任一实现方式中的步骤。

本申请实施例还提供了一种可读取存储介质，所述可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行上述任一实现方式中的步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种应用于伺服系统的伺服系统谐振频率检测方法的流程示意图。

图2为本申请实施例提供的一种下采样步骤的流程示意图。

图3为本申请实施例提供的一种应用于上位机的伺服系统谐振频率检测方法的流程示意图。

图4为本申请实施例提供的一种幅频响应和相频响应计算步骤的流程示意图。

图5为本申请实施例提供的一种应用于伺服系统的伺服系统谐振频率检测装置的模块示意图。

图6为本申请实施例提供的一种应用于上位机的伺服系统谐振频率检测装置的模块示意图。

图标：30-伺服系统谐振频率检测装置；31-检测指令接收模块；32-扫频信号生成模块；33-位置信息获取模块；34-分频模块；35-分频信号发送模块；40-伺服系统谐振频率检测装置；41-检测指令发送模块；42-分频信号接收模块；43-响应确定模块；44-绘制模块；45-谐振频率确定模块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

本申请实施例提供了一种伺服系统谐振频率检测方法，请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种应用于伺服系统的伺服系统谐振频率检测方法的流程示意图，该伺服系统谐振频率检测方法的具体步骤可以如下：

步骤S11：从上位机接收检测指令，检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，检测频段集包括至少两个检测频段。

检测指令包括检测频段集和扭矩百分比。

在进行低频检测时，如果在完整的扭矩环控制周期下采样，那么采样点数较大，占用了大量的下位机存储资源，同时也增加了谐振频率检测的计算量。所以本设计提出了根据不同频段采用相同采样点数不同采样率的方式进行数据采样，解决上述问题，具体地，检测频段集包括至少两个检测频段，多个检测频段之间在某些实施例中可以存在部分频率重叠的情况。

本实施例以检测频段集包括三个检测频段为例，其可以为1-200Hz的低频段、200-800Hz的中频段和800-4000Hz的高频段。应当理解的是，上述各个检测频段的具体频率划分可以根据谐振频率检测的具体需求进行灵活调整。

可选地，本实施例中的扭矩百分比可以是但不限于是1％-50％。

步骤S12：基于额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，生成扫频信号。

可选地，本实施例中可以将低频段的采样周期设置为2500μs，分频系数设置为20，其中，分频系数和采样周期的比例关系可以为1:125，因此可以根据分频系数确定采样周期；将中频段的采样周期设置为625μs，分频系数设置为5；将高频段的采样周期设置为125μs，分频系数设置为1。

可选地，用于生成上述扫频信号的扫频信号生成公式可以包括：

中，A为电机额定扭矩，ξ为额定扭矩百分比，K为分频系数，n为扭矩控制频率下的数字计数值，T表示生成的扫频信号。

可选地，本实施例可以将扫频信号作为激励信号发送至伺服系统的电机和/或编码器，将电机和/或编码器反馈的负载速度作为响应信号，即步骤S13中的编码器位置信息，并设定采样的数据点数为j＝1024。

步骤S13：基于扫频信号在检测频段集中的每个检测频段获取编码器位置信息。

编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。

本实施例中的编码器位置信息可以是位置环给定的位置反馈，也可以是基于速度环给定的速度反馈确定的位置。

步骤S14：基于编码器位置信息确定分频速度处理值。

具体地，步骤S14可以包括如下子步骤：

步骤S141：基于编码器位置信息，采用速度差分计算方式确定速度差分计算值。

上述速度差分计算方式可以为：

其中，E(k)为第k拍的编码器位置信息，E(k-1)为第k-1拍的编码器位置信息，P为编码器一圈的脉冲数，V(k)为第k拍的速度差分计算值，z为扭矩控制频率。

可选地，本实施例中的扭矩控制频率可以是但不限于是8000。

步骤S142：基于每个检测频段的分频系数对速度差分计算值进行下采样，获得分频速度处理值。

请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种下采样步骤的流程示意图，该下采样步骤具体可以如下：

步骤S1421：基于检测指令确定每个检测频段的下采样参数。

可选地，本实施例中的下采样参数可以如表1所示：

表1

步骤S1422：基于下采样参数和速度差分计算值，采用速度处理值计算公式确定速度处理值。

上述速度处理值计算公式可以包括：

V_flt(k)＝a·V(k)+b·V(k-1)+c·V(k-2)+d·V(k-3)+e·V(k-4)+f·V(k-5)+g·V(k-6)+h·V(k-7)

其中，a、b、c、d、e、f、g、h为下采样参数，V(k)为第k拍的速度差分计算值，V_flt(k)为第k拍的速度处理值。

步骤S1423：基于分频系数对速度处理值进行分频抽取，获得分频速度处理值。

步骤S15：基于分频系数对扫频信号进行分频抽取，获得分频扫频信号。

本实施例中分频抽取的分频速度处理值和分频扫频信号为采样的数据点数j个。例如，在采样的数据点数为1024时，分频获得1024个数据V_flt和T。

步骤S16：将分频速度处理值和分频扫频信号发送至上位机，以使上位机基于分频速度处理值和分频扫频信号确定伺服系统的机械负载的谐振频率点和反谐振频率点。

可选地，本实施例中基于分频速度处理值和分频扫频信号确定伺服系统的机械负载的谐振频率点和反谐振频率点的步骤，在伺服系统下位机硬件计算资源允许的情况下可以通过伺服系统中的下位机实现，在伺服系统下位机硬件计算资源较少时可以通过上位机实现。

为了配合本申请实施例提供的上述应用于伺服系统的伺服系统谐振频率检测方法，本申请实施例还提供了一种应用于上位机的伺服系统谐振频率检测方法。请参考图3，图3为本申请实施例提供的一种应用于上位机的伺服系统谐振频率检测方法的流程示意图，该伺服系统谐振频率检测方法的具体步骤可以如下：

步骤S21：生成检测指令，并向伺服系统发送检测指令。

应当理解的是，步骤S21的检测指令与步骤S11中的检测指令相同，此处不再赘述。

步骤S22：接收伺服系统返回的分频速度处理值和分频扫频信号。

上述步骤S22中的分频速度处理值和分频扫频信号与步骤S14中获得的相同，此处不再赘述。

步骤S23：基于分频速度处理值和分频扫频信号获取指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应。

具体地，请参考图4，图4为本申请实施例提供的一种幅频响应和相频响应计算步骤的流程示意图，则步骤S23的幅频响应和相频响应计算步骤具体可以包括：

步骤a：设置当前频谱分辨率倍数g＝1。

可选地，根据具体处理需求和处理限制，频谱分辨率倍数会设置一个最高值，例如本实施例中可以是但不限于是g_max＝8，即最高可以提高频谱分辨率8倍，其取值空间为[1,2,3,4,5,6,7,8]，并设置初始的当前频谱分辨率倍数g＝1。

步骤b：对分频速度处理值和分频扫频信号进行插值处理，获得插值速度处理值和插值扫频信号。

可选地，本实施例中可以在当前频谱分辨率倍数大于1时对其进行插值处理。

具体地，本实施例可以采用数据插值公式进行插值处理，该数据插值公式具体可以为：

其中，V_i(n)为扭矩控制频率下的数字计数值为n时的插值速度处理值，T_i(n)为扭矩控制频率下的数字计数值为n时的插值扫频信号。

步骤c：基于当前频谱分辨率倍数，对插值速度处理值和插值扫频信号进行离散傅里叶变换，获得离散速度处理值和离散扫频信号。

具体地，本实施例可以采用离散傅里叶变换公式进行离散傅里叶变换，该离散傅里叶变换公式可以为：

其中，V_DFT(k)为第k拍的离散速度处理值，T_DFT(k)第k拍的离散扫频信号，V_i(n)为扭矩控制频率下的数字计数值为n时的插值分频速度处理值，T_i(n)为扭矩控制频率下的数字计数值为n时的插值分频扫频信号。

步骤d：基于离散速度处理值和离散扫频信号计算当前频谱分辨率倍数对应的幅频响应和相频响应。

具体地，本实施例可以采用幅频响应计算公式和相频响应计算公式分别计算幅频响应和相频响应，该幅频响应计算公式和相频响应计算公式分别可以为：

θ(jω)≈angle(V_DFT(k))-angle(T_DFT(k))

其中，A(jω)为幅频响应，θ(jω)为相频响应。

步骤e：在频谱分辨率小于预设频谱分辨率且当前频谱分辨率倍数小于预设频谱分辨率倍数时，设置g＝g+1，并再次执行步骤a至步骤e；

步骤f：在频谱分辨率大于或等于预设频谱分辨率或当前频谱分辨率倍数等于预设频谱分辨率倍数时，确定当前频谱分辨率倍数对应的幅频响应和相频响应为指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应。

步骤S24：基于幅频响应和相频绘制幅频响应图像。

步骤S25：确定幅频响应图像中的极大值点为机械负载的谐振频率点，确定幅频响应图像中的极小值点为机械负载的反谐振频率点。本实施例通过上述伺服系统谐振频率检测方法中伺服系统和上位机之间的配合，将检测频段划分为多个不同检测频段，基于每个检测频段的频率据不同频段采用相同采样点数不同采样率的方式进行数据采样，减少伺服下位机硬件存储资源的开销，减少了谐振频率检测的计算量，此外，基于伺服系统返回的幅频响应和相频绘制幅频响应图像来确定伺服系统机械负载的谐振频率点和反谐振频率点，在保证谐振频率检测准确性的同时进一步降低了谐振频率检测的计算量。

为了配合上述应用于伺服系统的伺服系统谐振频率检测方法，本实施例还提供了一种伺服系统谐振频率检测装置30。请参考图5，图5为本申请实施例提供的一种应用于伺服系统的伺服系统谐振频率检测装置的模块示意图。

伺服系统谐振频率检测装置30包括：

检测指令接收模块31，用于从上位机接收检测指令，检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，检测频段集包括至少两个检测频段；

扫频信号生成模块32，用于基于额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，生成扫频信号；

位置信息获取模块33，用于基于扫频信号在检测频段集中的每个检测频段获取编码器位置信息；

分频模块34，用于基于编码器位置信息确定分频速度处理值，基于所述分频系数对所述扫频信号进行分频抽取，获得所述分频扫频信号；

分频信号发送模块35，用于基于分频速度处理值和分频扫频信号确定伺服系统的机械负载的谐振频率点和反谐振频率点。

可选地，扫频信号生成模块32具体用于：基于额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，采用扫频信号生成公式生成扫频信号；扫频信号生成公式包括：

其中，A为电机额定扭矩，ξ为额定扭矩百分比，K为分频系数，n为扭矩控制频率下的数字计数值，T表示生成的扫频信号，j为采样的数据点数。

可选地，分频模块具体34用于：基于编码器位置信息，采用速度差分计算方式确定速度差分计算值；速度差分计算方式包括：

其中，E(k)为第k拍的编码器位置信息，E(k-1)为第k-1拍的编码器位置信息，P为编码器一圈的脉冲数，V(k)为第k拍的速度差分计算值，z为扭矩控制频率；基于每个检测频段的分频系数对速度差分计算值进行下采样，获得分频速度处理值。

可选地，分频模块34具体用于：基于检测指令确定每个检测频段的下采样参数；基于下采样参数和速度差分计算值，采用速度处理值计算公式确定速度处理值；速度处理值计算公式包括：V_flt(k)＝a·V(k)+b·V(k-1)+c·V(k-2)+d·V(k-3)+e·V(k-4)+f·V(k-5)+g·V(k-6)+h·V(k-7)，其中，a、b、c、d、e、f、g、h为下采样参数，V(k)为第k拍的速度差分计算值，V_flt(k)为速度处理值；基于分频系数对速度处理值进行分频抽取，获得分频速度处理值。

可选地，分频模块34具体用于：基于分频系数对扫频信号进行分频抽取，获得分频扫频信号。

为了配合本实施例提供的上述应用于上位机的伺服系统谐振频率检测方法，本申请实施例还提供了一种应用于上位机的伺服系统谐振频率检测装置40。请参考图6，图6为本申请实施例提供的一种应用于上位机的伺服系统谐振频率检测装置的模块示意图。

伺服系统谐振频率检测装置40包括：

检测指令发送模块41，用于生成检测指令，并向伺服系统发送检测指令，以使伺服系统基于检测指令获得机械负载的分频速度处理值和分频扫频信号，检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，检测频段集包括至少两个检测频段；

分频信号接收模块42，用于接收伺服系统返回的分频速度处理值和分频扫频信号；

响应确定模块43，用于基于分频速度处理值和分频扫频信号获取指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应；

绘制模块44，用于基于幅频响应和相频绘制幅频响应图像；

谐振频率确定模块45，用于确定幅频响应图像中的极大值点为机械负载的谐振频率点，确定幅频响应图像中的极小值点为机械负载的反谐振频率点。

本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器读取并运行所述程序指令时，执行本实施例提供的伺服系统谐振频率检测方法中任一项所述方法中的步骤。

应当理解是，该电子设备可以是个人电脑(Personal Computer，PC)、平板电脑、智能手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等具有逻辑计算功能的电子设备。

本申请实施例还提供了一种可读取存储介质，所述可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行伺服系统谐振频率检测方法中的步骤。

综上所述，一种伺服系统谐振频率检测方法、装置、电子设备及存储介质，其中应用于与上位机连接的伺服系统的伺服系统谐振频率检测方法包括：从所述上位机接收检测指令，所述检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，所述检测频段集包括至少两个检测频段；基于所述额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，生成扫频信号；基于所述扫频信号在所述检测频段集中的每个检测频段获取编码器位置信息；基于所述编码器位置信息确定分频速度处理值；基于所述分频系数对所述扫频信号进行分频抽取，获得所述分频扫频信号；基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号确定所述伺服系统的机械负载的谐振频率点和反谐振频率点。

在上述实现方式中，将检测频段划分为多个不同检测频段，基于每个检测频段的频率据不同频段采用相同采样点数不同采样率的方式进行数据采样，减少伺服下位机硬件存储资源的开销，减少了谐振频率检测的计算量。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本申请的多个实施例的设备的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图中的每个方框、以及框图的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。因此本实施例还提供了一种可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行区块数据存储方法中任一项所述方法中的步骤。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Me mory)、随机存取存储器(RAM，RanDom Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (11)

1.一种伺服系统谐振频率检测方法，其特征在于，应用于与上位机连接的伺服系统，所述方法包括：

从所述上位机接收检测指令，所述检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，所述检测频段集包括至少两个检测频段；

基于所述额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，生成扫频信号；

基于所述扫频信号在所述检测频段集中的每个检测频段获取编码器位置信息；

基于所述编码器位置信息确定分频速度处理值；

基于所述分频系数对所述扫频信号进行分频抽取，获得分频扫频信号；

基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号确定所述伺服系统的机械负载的谐振频率点和反谐振频率点；

所述基于所述编码器位置信息确定分频速度处理值，包括：

基于所述编码器位置信息，采用速度差分计算方式确定速度差分计算值；

所述速度差分计算方式包括：

其中，E(k)为第k拍的所述编码器位置信息，E(k-1)为第k-1拍的所述编码器位置信息，P为编码器一圈的脉冲数，V(k)为第k拍的所述速度差分计算值，z为扭矩控制频率；

基于每个检测频段的所述分频系数对所述速度差分计算值进行下采样，获得所述分频速度处理值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，生成扫频信号，包括：

基于所述额定扭矩百分比、所述电机额定扭矩、所述采样点数以及每个检测频段的分频系数，采用扫频信号生成公式生成所述扫频信号；

所述扫频信号生成公式包括：

其中，A为所述电机额定扭矩，ξ为所述额定扭矩百分比，K为所述分频系数，n为扭矩控制频率下的数字计数值，T表示生成的扫频信号，j为采样的数据点数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于每个检测频段的所述分频系数对所述速度差分计算值进行下采样，获得分频速度处理值，包括：

基于所述检测指令确定每个检测频段的下采样参数；

基于所述下采样参数和所述速度差分计算值，采用速度处理值计算公式确定速度处理值；

所述速度处理值计算公式包括：V_flt(k)＝a·V(k)+b·V(k-1)+c·V(k-2)+d·V(k-3)+e·V(k-4)+f·V(k-5)+g·V(k-6)+h·V(k-7)，其中，a、b、c、d、e、f、g、h为所述下采样参数，V(k)为第k拍的所述速度差分计算值，V_flt(k)为所述速度处理值；

基于所述分频系数对所述速度处理值进行分频抽取，获得所述分频速度处理值。

4.一种伺服系统谐振频率检测方法，其特征在于，应用于与伺服系统连接的上位机，所述方法包括：

生成检测指令，并向所述伺服系统发送所述检测指令，以使所述伺服系统基于所述检测指令获得机械负载的分频速度处理值和分频扫频信号，所述检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，所述检测频段集包括至少两个检测频段；

接收所述伺服系统返回的所述分频速度处理值和所述分频扫频信号；

基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号获取指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应；

基于所述幅频响应和相频绘制幅频响应图像；

确定所述幅频响应图像中的极大值点为所述机械负载的谐振频率点，确定所述幅频响应图像中的极小值点为所述机械负载的反谐振频率点；

其中，所述分频速度处理值通过编码器位置信息确定，包括：基于所述编码器位置信息采用速度差分计算方式确定速度差分计算值；基于每个检测频段的分频系数对所述速度差分计算值进行下采样，获得所述分频速度处理值；

所述速度差分计算方式包括：

其中，E(k)为第k拍的所述编码器位置信息，E(k-1)为第k-1拍的所述编码器位置信息，P为编码器一圈的脉冲数，V(k)为第k拍的所述速度差分计算值，z为扭矩控制频率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号获取指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应，包括：

步骤a.设置当前频谱分辨率倍数g＝1；

步骤b.对所述分频速度处理值和所述分频扫频信号进行插值处理，获得插值速度处理值和插值扫频信号；

步骤c.基于所述当前频谱分辨率倍数，对所述插值速度处理值和所述插值扫频信号进行离散傅里叶变换，获得离散速度处理值和离散扫频信号；

步骤d.基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号计算当前频谱分辨率倍数对应的幅频响应和相频响应；

步骤e.在频谱分辨率小于预设频谱分辨率且所述当前频谱分辨率倍数小于预设频谱分辨率倍数时，设置g＝g+1，并再次执行步骤a至步骤e；在所述频谱分辨率大于或等于所述预设频谱分辨率或所述当前频谱分辨率倍数等于预设频谱分辨率倍数时，确定所述当前频谱分辨率倍数对应的幅频响应和相频响应为所述指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述当前频谱分辨率倍数，对所述插值速度处理值和所述插值扫频信号进行离散傅里叶变换，获得离散速度处理值和离散扫频信号，包括：

基于所述当前频谱分辨率倍数，采用离散傅里叶变换公式对所述插值速度处理值和所述插值扫频信号进行离散傅里叶变换，获得所述离散速度处理值和所述离散扫频信号；

所述离散傅里叶变换公式包括：

其中，V_DFT(k)为第k拍的所述离散速度处理值，T_DFT(k)第k拍的所述离散扫频信号，V_i(n)为扭矩控制频率下的数字计数值为n时的所述插值速度处理值，T_i(n)为扭矩控制频率下的数字计数值为n时的所述插值扫频信号，j为采样的数据点数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号计算当前频谱分辨率倍数对应的幅频响应和相频响应，包括：

基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号，采用幅频响应计算公式确定所述幅频响应；

所述幅频响应计算公式包括：

其中，A(jω)为所述幅频响应；

基于所述离散速度处理值和所述离散扫频信号，采用相频响应计算公式确定所述相频响应；

所述相频响应计算公式包括：θ(jω)≈angle(V_DFT(k))-angle(T_DFT(k))，其中，θ(jω)为所述相频响应。

8.一种伺服系统谐振频率检测装置，其特征在于，应用于与上位机连接的伺服系统，所述装置包括：

检测指令接收模块，用于从所述上位机接收检测指令，所述检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，所述检测频段集包括至少两个检测频段；

扫频信号生成模块，用于基于所述额定扭矩百分比、电机额定扭矩、采样点数以及每个检测频段的分频系数，生成扫频信号；

位置信息获取模块，用于基于所述扫频信号在所述检测频段集中的每个检测频段获取编码器位置信息；

分频模块，用于基于所述编码器位置信息确定分频速度处理值，以及基于所述分频系数对所述扫频信号进行分频抽取，获得分频扫频信号；

分频信号发送模块，用于基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号确定所述伺服系统的机械负载的谐振频率点和反谐振频率点；

所述分频模块具体用于：

基于所述编码器位置信息，采用速度差分计算方式确定速度差分计算值；

所述速度差分计算方式包括：

其中，E(k)为第k拍的所述编码器位置信息，E(k-1)为第k-1拍的所述编码器位置信息，P为编码器一圈的脉冲数，V(k)为第k拍的所述速度差分计算值，z为扭矩控制频率；

基于每个检测频段的所述分频系数对所述速度差分计算值进行下采样，获得所述分频速度处理值。

9.一种伺服系统谐振频率检测装置，其特征在于，应用于与伺服系统连接的上位机，所述装置包括：

检测指令发送模块，用于生成检测指令，并向所述伺服系统发送所述检测指令，以使所述伺服系统基于所述检测指令获得机械负载的分频速度处理值和分频扫频信号，所述检测指令包括检测频段集和额定扭矩百分比，所述检测频段集包括至少两个检测频段；

分频信号接收模块，用于接收所述伺服系统返回的所述分频速度处理值和所述分频扫频信号；

响应确定模块，用于基于所述分频速度处理值和所述分频扫频信号获取指定频谱分辨率的幅频响应和相频响应；

绘制模块，用于基于所述幅频响应和相频绘制幅频响应图像；

谐振频率确定模块，用于确定所述幅频响应图像中的极大值点为所述机械负载的谐振频率点，确定所述幅频响应图像中的极小值点为所述机械负载的反谐振频率点；

其中，所述分频速度处理值通过编码器位置信息确定，包括：基于所述编码器位置信息采用速度差分计算方式确定速度差分计算值；基于每个检测频段的分频系数对所述速度差分计算值进行下采样，获得所述分频速度处理值；

所述速度差分计算方式包括：

其中，E(k)为第k拍的所述编码器位置信息，E(k-1)为第k-1拍的所述编码器位置信息，P为编码器一圈的脉冲数，V(k)为第k拍的所述速度差分计算值，z为扭矩控制频率。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器运行所述程序指令时，执行权利要求1-7中任一项所述方法中的步骤。

11.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器运行时，执行权利要求1-7中任一项所述方法中的步骤。

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