一種伺服驅動器帶寬測試裝置和方法與流程
2023-10-17 09:02:09
本發明涉及性能測試領域，尤其涉及一種伺服驅動器帶寬測試裝置和方法。
背景技術：
在《交流伺服驅動器通用技術條件》(jb/t10184-2000)中規定了伺服驅動器帶寬的測試方法，該方法具體為：當伺服驅動器工作在速度環模式下，輸入正弦波轉速指令，其幅值為額定轉速值的0.01倍，頻率由1hz逐漸升高，記錄電機對應的轉速曲線，隨著指令正弦波頻率的提高，電機實際轉速的波形曲線相對於指令正弦波曲線的相位滯後逐漸增大，而幅值逐漸減小，相位滯後增大到90°時的頻率作為伺服驅動器90°相移的頻帶寬度，幅值減小為指令值的0.707倍時對應的頻率作為伺服驅動器的帶寬。上述測試方法僅對速度環模式適用，目前，對電流環模式沒有一個標準或者方法來測試帶寬。
技術實現要素：
本發明的主要目的在於克服上述現有技術的缺陷，提供一種伺服驅動器帶寬測試裝置和方法，以解決現有技術中無法在電流環模式下進行伺服驅動器的帶寬測試的問題。
本發明一方面提供一種伺服驅動器帶寬測試裝置，包括：伺服驅動器、伺服電機、測試單元和電流轉電壓單元；所述伺服驅動器與伺服電機通過u、v、w線連接；所述測試單元與所述伺服驅動器連接，用於在所述伺服驅動器工作在電流環模式時產生激勵信號，並向所述伺服驅動器發送所述激勵信號；所述電流轉電壓單元串聯在所述伺服驅動器與所述伺服電機連接的u線上並與所述測試單元連接，用於在所述測試單元向所述伺服驅動器發送所述激勵信號後，檢測所述伺服電機的u相電流，並將所述u相電流轉換為電壓信號以作為響應信號反饋給所述測試單元；所述測試單元進一步用於接收所述電流轉電壓單元反饋的所述響應信號，並根據所述激勵信號和所述響應信號確定所述伺服驅動器的帶寬。
可選地，所述伺服驅動器帶寬測試裝置還包括：固定裝置，用於固定所述伺服電機的電機軸；其中，進行所述伺服驅動器帶寬測試之前，調整所述伺服電機的電機軸位置，當所述伺服電機的電角度達到預定電角度時，利用所述固定裝置固定所述伺服電機的電機軸。
可選地，所述固定裝置為三爪卡盤。
可選地，所述預定電角度為90°或-90°。
可選地，所述測試單元進一步用於：對所述激勵信號和所述響應信號進行處理，以得到所述響應信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線；根據所述響應信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線確定所述伺服驅動器的帶寬。
可選地，所述測試單元進一步用於：查找所述幅頻特性曲線上幅值為-3db時對應的頻率，以確定為所述伺服驅動器的帶寬；和/或，查找所述相頻特性曲線上相位為90°時對應的頻率，以確定為所述伺服驅動器的帶寬。
本發明另一方面踢動一種伺服驅動器帶寬測試方法，所述伺服驅動器與伺服電機通過u、v、w線連接，所述方法包括：在所述伺服驅動器工作在電流環模式時，向所述伺服驅動器發送激勵信號；檢測所述伺服電機的u相電流，並將所述u相電流轉換為電壓信號以作為響應信號；根據所述激勵信號和所述響應信號確定所述伺服驅動器的帶寬。
可選地，所述伺服驅動器帶寬測試方法還包括：進行所述伺服驅動器帶寬測試之前，調整所述伺服電機的電機軸位置，當所述伺服電機的電角度達到預定電角度時，利用固定裝置固定所述伺服電機的電機軸。
可選地，所述固定裝置為三爪卡盤。
可選地，所述預定電角度為90°或-90°。
可選地，根據所述激勵信號和所述響應信號確定所述伺服驅動器的帶寬，包括：對所述激勵信號和所述響應信號進行處理，以得到所述響應信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線；根據所述響應信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線確定所述伺服驅動器的帶寬。
可選地，根據所述響應信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線確定所述伺服驅動器的帶寬，包括：查找所述幅頻特性曲線上幅值為-3db時對應的頻率，以確定為所述伺服驅動器的帶寬；和/或，查找所述相頻特性曲線上相位為90°時對應的頻率，以確定為所述伺服驅動器的帶寬。
根據本發明的技術方案，在伺服驅動器工作在電流環模式時，產生激勵信號，並向所述伺服驅動器發送所述激勵信號；並檢測所述伺服電機的u相電流，並將所述u相電流轉換為電壓信號以作為響應信號，從而根據所述激勵信號和所述響應信號確定所述伺服驅動器的帶寬，實現了電流環模式下的伺服驅動器頻帶寬度的測試。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1是本發明提供的伺服驅動器帶寬測試裝置的一實施例的結構示意圖；
圖2是本發明提供的伺服驅動器帶寬測試方法的一實施例的方法示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明具體實施例及相應的附圖對本發明技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
需要說明的是，本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本發明的實施例能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
圖1是本發明提供的伺服驅動器帶寬測試裝置一實施例的結構示意圖。
如圖1所示，所述伺服驅動器帶寬測試裝置1包括伺服驅動器10、伺服電機20、測試單元30和電流轉電壓單元40；所述伺服驅動器10與伺服電機20的u、v、w線連接。
所述測試單元30與所述伺服驅動器10連接，用於在所述伺服驅動器10工作在電流環模式時產生激勵信號，並向所述伺服驅動器10發送所述激勵信號；所述電流轉電壓單元40串聯在所述伺服驅動器10與所述伺服電機20連接的u線上，並與所述測試單元30連接，用於在所述測試單元30向所述伺服驅動器10發送所述激勵信號後，檢測所述伺服電機20的u相電流，並將所述u相電流轉換為電壓信號以作為響應信號反饋給所述測試單元30；所述測試單元30進一步用於接收所述電流轉電壓單元40反饋的所述響應信號，並根據所述激勵信號和所述響應信號確定所述伺服驅動器10的帶寬。
進一步地，所述伺服驅動器帶寬測試裝置1還包括固定裝置(圖未示)，用於固定所述伺服電機20的電機軸；其中，進行所述伺服驅動器帶寬測試之前，調整所述伺服電機20的電機軸位置，當所述伺服電機20的電角度達到預定電角度時，利用所述固定裝置固定所述伺服電機20的電機軸。其中，所述固定裝置具體可以為三爪卡盤。
在進行所述伺服驅動器帶寬測試之前，先將所述伺服電機20和三爪卡盤固定在電機工裝上，使所述伺服驅動器10的顯示面板顯示所述伺服電機20的電角度，轉動伺服電機20的電機軸，當顯示的電角度達到預定電角度時，利用三爪卡盤固定所述伺服電機20的電機軸。所述預定電角度優選地取為+90°或者-90°，以使得所述伺服電機20的u相電流為正向最大，v、w兩相電流相等且為負向，從而保證激勵信號與響應信號的相位、幅值一致，進而準確得到所述伺服驅動器10的帶寬；使用固定裝置(三爪卡盤)固定電機軸時，使固定後所述伺服驅動器10的顯示面板顯示的電角度與所述預定電角度的差值的絕對值小於等於預定閾值，所述預定閾值例如可以為1°，也就是說，使所述伺服電機20的電角度與預定電角度的差值的絕對值不超過1°。將所述伺服驅動器10設置為電流環模式運行，所述測試單元30產生正弦信號，並作為激勵信號向所述伺服驅動器10發送，以激勵所述伺服驅動器10，其中，所述激勵信號的頻率逐漸升高，例如，從1hz逐漸升高到2000hz。所述測試單元30具體可以通過上位機和上位軟體實現，上位機通過所述上位軟體產生用於激勵所述伺服驅動器的所述正弦信號，例如，利用labview(laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench)編程產生從1hz逐漸升高到2000hz的正弦信號，以及對所述正弦信號和所述響應信號進行分析處理。
此時，所述伺服驅動器10與所述伺服電機20連接的u、v、w線將會有電流，所述電流轉電壓單元檢測u相電流，並將所述u相電流轉換成電壓信號作為響應信號反饋給所述測試單元30，所述測試單元30對所述激勵信號和所述響應信號進行處理，以得到所述響應信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線；並根據所述響應信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線確定所述伺服驅動器10的帶寬。
具體地，所述測試單元30對所述激勵信號和所述響應信號利用fft(快速傅立葉變換)進行分析處理，以得到所述電壓信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線。其中，所述幅頻特性曲線即根據所述響應信號與所述激勵信號的幅值比繪製的特性曲線，其橫軸表示頻率，縱軸表示幅值；所述相頻特性曲線即根據所述響應信號與所述激勵信號的相位差繪製的特性曲線，其橫軸表示頻率，縱軸表示相位；因此，查找所述幅頻特性曲線上幅值為-3db時對應的頻率，以確定為所述伺服驅動器的帶寬；和/或，查找所述相頻特性曲線上相位為90°時對應的頻率，以確定為所述伺服驅動器的帶寬。應注意，對所述激勵信號和所述響應信號進行分析處理的方式不限於fft，還可以利用其他的信號處理方式對所述激勵信號和所述響應信號進行分析處理。
圖2是本發明提供的伺服驅動器帶寬測試方法的一實施例的方法示意圖。
如圖2所示，根據本發明的一個實施例，所述伺服驅動器帶寬測試方法至少包括步驟s110、步驟s120和步驟s130。其中，所述伺服驅動器與伺服電機通過u、v、w線連接。
步驟s110，在所述伺服驅動器工作在電流環模式時，向所述伺服驅動器發送激勵信號。
具體而言，將所述伺服驅動器的工作模式設置為電流環(或轉矩環)模式，產生正弦信號作為激勵信號向所述伺服驅動器發送，用於激勵所述伺服驅動器。其中，所述激勵信號的頻率逐漸升高，例如從1hz逐漸升高到2000hz。具體地，可以利用信號發生器產生正弦信號，或者通過編程產生所需的正弦信號，例如，利用labview(laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench)編程產生從1hz逐漸升高到2000hz的正弦信號。
步驟s120，檢測所述伺服電機的u相電流，並將所述u相電流轉換為電壓信號以作為響應信號。
具體地，向所述伺服驅動器發送激勵信號，所述u、v、w線上將會有電流，此時檢測所述伺服驅動器與所述伺服電機連接的u線上電流，即所述伺服電機的u相電流。例如，可以通過在所述u線上串聯電流轉電壓電路來檢測u線上的電流(即所述伺服電機的u相電流)，再將檢測到的u相電流轉換為電壓信號，以作為(所述激勵信號的)響應信號。
步驟s130，根據所述激勵信號和所述響應信號確定所述伺服驅動器的帶寬。
具體地，對所述激勵信號和所述響應信號進行處理，以得到所述響應信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線；並根據所述響應信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線確定所述伺服驅動器的帶寬。更具體而言，對所述激勵信號和所述響應信號利用fft(快速傅立葉變換)進行分析處理，以得到所述電壓信號與所述激勵信號的幅頻特性曲線和/或相頻特性曲線。其中，所述幅頻特性曲線即根據所述響應信號與所述激勵信號的幅值比繪製的特性曲線，其橫軸表示頻率，縱軸表示幅值；所述相頻特性曲線即根據所述響應信號與所述激勵信號的相位差繪製的特性曲線，其橫軸表示頻率，縱軸表示相位；因此，查找所述幅頻特性曲線上幅值為-3db時對應的頻率，以確定為所述伺服驅動器的帶寬，即所述伺服驅動器-3db的頻帶寬度；和/或，查找所述相頻特性曲線上相位為90°時對應的頻率，以確定為所述伺服驅動器的帶寬，即所述伺服驅動器相移90°時的頻帶寬度。應注意，對所述激勵信號和所述響應信號進行分析處理的方式不限於fft，還可以利用其他的信號處理方式對所述激勵信號和所述響應信號進行分析處理。
基於上述實施例，優選地，所述方法還包括：進行所述伺服驅動器帶寬測試之前，調整所述伺服電機的電機軸位置，當所述伺服電機的電角度達到預定電角度時，利用固定裝置固定所述伺服電機的電機軸。
所述固定裝置具體可以為三爪卡盤。具體地，在進行所述伺服驅動器帶寬測試之前，先將所述伺服電機和三爪卡盤固定在電機工裝上，使所述伺服驅動器的顯示面板顯示所述伺服電機的電角度，轉動所述伺服電機的電機軸，當顯示的電角度達到預定電角度時，利用三爪卡盤固定所述伺服電機的電機軸。所述預定電角度優選地取為+90°或者-90°，以使得所述伺服電機的u相電流為正向最大，v、w兩相電流相等且為負向，從而保證激勵信號與響應信號的相位、幅值一致，進而準確得到所述伺服驅動器的帶寬；使用三爪卡盤固定電機軸時，使固定後所述伺服驅動器的顯示面板顯示的電角度與所述預定電角度的差值的絕對值小於等於預定閾值，所述預定閾值例如可以為1°，也就是說，使所述伺服電機的電角度與預定電角度的差值的絕對值不超過1°。
據此，本發明提供的方案在伺服驅動器工作在電流環模式時，產生激勵信號，並向所述伺服驅動器發送所述激勵信號；並檢測所述伺服電機的u相電流，並將所述u相電流轉換為電壓信號以作為響應信號，從而根據所述激勵信號和所述響應信號確定所述伺服驅動器的帶寬，實現了電流環模式下的伺服驅動器頻帶寬度的測試。
本文中所描述的功能可在硬體、由處理器執行的軟體、固件或其任何組合中實施。如果在由處理器執行的軟體中實施，那麼可將功能作為一或多個指令或代碼存儲於計算機可讀媒體上或經由計算機可讀媒體予以傳輸。其它實例及實施方案在本發明及所附權利要求書的範圍及精神內。舉例來說，歸因於軟體的性質，上文所描述的功能可使用由處理器、硬體、固件、硬連線或這些中的任何者的組合執行的軟體實施。此外，各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。
在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的技術內容，可通過其它的方式實現。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性或其它的形式。
所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為控制裝置的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。
所述集成的單元如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可為個人計算機、伺服器或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、移動硬碟、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
以上所述僅為本發明的實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。