本发明专利技术公开了一种数控系统伺服驱动信号谐波频率的自动校正方法，其包括：采集数控系统伺服驱动信号，进行快速傅氏变换，将伺服驱动信号的幅度谱按幅值由大到小排列获得幅值有序序列A＝{a1,a2,…,an}，利用Fibonacci数列法或黄金分割法搜索得到有序序列A中的分段点，分别获取有序序列A的第1段和第2段中幅值的平均值A1、A2，进而计算获得阈值t；利用阈值t逐个提取并保存幅度谱中的各谐波波段；利用提取的各谐波波段结合校正公式实现谐波频率的自动校正。本发明专利技术通过按幅值逐个提取并校正谐波频率，采用大于等于第1层均值小于等于第2层均值的阈值t有效筛选出谐波波段，实现谐波频率在线实时快速的校正。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于信号分析与处理领域，更具体地，涉及一种数控系统伺服驱动信号谐 波频率的自动校正方法。
技术介绍
数控机床伺服驱动系统是实现零件加工切削成形运动的基本部件，从中采集的电 流数据能灵敏而准确地跟踪数控装置位置和速度，用于诊断数控系统装配质量、优化数控 系统工艺参数等。采集的电流数据频谱中主要包含变压器、伺服电机两个谐波源产生的谐 波，频谱分析时需提取这两种谐波频率用于实验验证和分析。谐波提取时主要存在两个问 题：栅栏效应和频谱泄露，栅栏效应是指谐波频率部位频率分辨率整数倍导致谐波谱线被 "栏"住的现象，频谱泄露是指由于非整周期截断或栅栏效应导致谐波能量向周围泄露，影 响相邻谱线幅值的现象，二者会导致谐波频率提取时出现偏差，因而提取数控系统伺服驱 动信号谐波频率时需对频谱图中频率进行校正。 目前，针对频谱校正的研究已有很多方案。例如，CN201510260333. 2公开了一种 基于MIR-RSD高精度余弦窗插值FFT算法的谐波测量通道校准方法，其利用频谱中频率fN 附近的幅度最大谱线kl及其左边谱线k2、右边谱线k3,计算加权比值系数P及非整数部 分频率成分8,据S值对幅值、频率和相角进行校正，但其未能根据频谱特征实现谐波波 段的自动提取；又如，湖南大学温和等人讨论了旁瓣最低与最速下降窗频谱特性，结合曲线 拟合推导了频谱修正公式；华北电力大学的牛胜锁等人利用三谱线插值修正和多项式拟合 的方式，得出了一些典型窗函数谐波分析的修正公式；对FFT进行插值修正的典型算法还 有双谱线插值修正算法，它与上述文献提到的算法均需对全部谱线进行逐点修正，计算复 杂且量大，计算效率低。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种数控系统伺服驱动信号 谐波频率的自动校正方法，其中利用排序后的幅值确定幅值分布情况，采用大于等于第1 层均值小于等于第2层均值的阈值t有效筛选出谐波波段，实现谐波频率在线实时检测与 校正；并利用Fibonacci法、黄金分割法训练幅值数据，获取幅值分段系数u，实现幅度谱的 自适应分段，具有检测效率高、计算简单的优点。 为实现上述目的，本专利技术提出了一种数控系统伺服驱动信号谐波频率的自动校正 方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)采集待测数控系统的伺服驱动信号，进行快速傅氏变换，将所述伺服驱动信号 的幅度谱按幅值由大到小的顺序排列获得幅值有序序列A= {ai，a2，…，ani，an}，其中^为 A中索引号为n时对应的幅值，n为正整数；利用Fibonacci数列法或黄金分割法搜索得到 所述有序序列A中的分段点；分别获取所述有序序列A的第1段和第2段中幅值的平均值 A:、A2，进而计算获得阈值t; (2)利用所述阈值t逐个提取并保存所述幅度谱中的各谐波波段； (3)利用步骤（2)中所述的各谐波波段并结合校正公式（1)实现谐波频率的自动 校正，所述校正公式（1)如下： 其中A是校正的第m谐波频率，m是谐波编号，i"是指第m谐波对应的谐波波段 峰值索引号，％是幅度谱中索引号为i的数据对应的幅值，left^rightni*别是第m谐波最 后获取的左索引号和右索引号，fs是采样频率，n是采样点数。 作为进一步优选的，所述Fibonacci数列的公式如下： F0=F1=I;Fq=Fq !+Fq2(q^ 2)； 其中，F。是Fibonacci数列的初始值，F丨是Fibonacci数列的第1个值，Fq是 Fibonacci数列的第q个值，Fq丨是Fibonacci数列的第q-1个值，Fq2是Fibonacci数列的 第q-2个值。 作为进一步优选的，所述Fibonacci数列法或黄金分割法搜索得到有序序列A中 分段点的具体步骤如下： (1-1)设定初始区间为，迭代次数q= 1，区间起点Us= 0,区间终点ue = 1 ; (1-2)开始第q次迭代，获得新区间的起点和终点Ul、U2，依次寻找B中大于等于 U1 *b和U2 *b的数据总数，并将上述数据总数分别作为新区间起点U1对应的幅值分段数Ii 以及新区间终点U2对应的幅值分段数1 2，其中，B= {0,a2-ai，a3-a2，…，an-anJ，b为B中 最大值； (1-3)设定迭代精度为e、幅值分段数的阈值为kdPk2，其中h<k2，根据如下方 式更新区间[us，uj: 若I1小于等于k丨，更新Ue=u丨，Us不变，转入步骤（1-4); 若I2大于等于k2，更新Us=u2,Uf3不变，转入步骤（1-4); 若!^大于等于k2,I2小于等于ki，更新Us=upUf3=u2，转入步骤（1-4); 若!^大于等于k2,I2大于ki、小于k2，更新Us=upUf3不变，转入步骤（1-4);若I1大于ki、小于k2,I2小于等于ki，更新Uf3=u2,Us不变，转入步骤（1-4); 若I1大于Ic1、小于k2,I2大于Ic1、小于k2，取[us，uj中任意值作为幅值分段系数 u，转入步骤（1-6); (1-4)判断Uf3-UsSe:若是，取[us,uj中任意值作为幅度谱分段系数u，转入步 骤（1-6);否则转入步骤（1-5); (1-5)令q=q+1，继续步骤（1-2)~（1-4); (1-6)计算B中大于等于u?b的数据的总数及对应的索引号，则B中大于等于 u?b的数据总数为幅值分段数，A中与所述索引号对应的数据为分段点。 作为进一步优选的，当采用Fibonacci数列法搜索得到有序序列A中的分段点时， 所述~和u2采用如下公式计算：u丨=us+(ue-us) ?Fq /FqVU2=us+(ue-us) ?Fq/Fq+1。 作为进一步优选的，当采用黄金分割法搜索得到有序序列A中的分段点时，所述U1 和U2采用如下公式计算：ui=us+0. 312 ? (Ue-Us)，U2=us+0. 618 ? (Ue-Us)。 作为进一步优选的，利用所述阈值t逐个提取幅度谱中的谐波波段的具体过程如 下： (2-1)设定初始m= 1、谐波总数为N; (2-2)查找所述幅度谱中最大幅值气对应的索引号Ini，判断气是否小于等于t: 若是，迭代结束；否则转入步骤（2-3); (2-3)逐个比较幅度谱中索引号为Vleftni对应的数据气-峨i与t的大小：若 气-峨">(，令Ieftm=leftm+l，继续寻找直到气_峨"分，获取最后的Ieftm;逐个比较幅度 谱中索引号为气+哨％对应的数据与t大小：若气+;〃兔>?，rightm=rightm+l，继续寻找 直到气分，获取最后的rightm;其中，初始右索引号rightm= 1，初始左索引号Ieftm =1 ; (2-4)提取幅度谱中索引号为i-leftm、i_leftm+l、…、i、i+l、…、i+rightm对应的 数据作为第m谐波对应的谐波波段，顺序保存幅度谱中的索引号i-left^i-leftm+1、…、i、 i+1、…、i+rightm及其各自对应的幅值，然后将幅度谱中索引号为…、 i、i+1、…、i+rightm对应的数据置0 ; (2-5)判断m是否大于N:若m>N，迭代结束；否则m=m+1，重复步骤（2-2)~ (2-4)〇 作为进一步优选的，所述阈本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种数控系统伺服驱动信号谐波频率的自动校正方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采集待测数控系统的伺服驱动信号，进行快速傅氏变换，将所述伺服驱动信号的幅度谱按幅值由大到小的顺序排列获得幅值有序序列A＝{a1,a2,…,an‑1,an}，其中an为A中索引号为n时对应的幅值，n为正整数；利用Fibonacci数列法或黄金分割法搜索得到所述有序序列A中的分段点；分别获取所述有序序列A的第1段和第2段中幅值的平均值A1、A2，进而计算获得阈值t；(2)利用所述阈值t逐个提取并保存所述幅度谱中的各谐波波段；(3)利用步骤(2)中所述的各谐波波段并结合校正公式(1)实现谐波频率的自动校正，所述校正公式(1)如下：fm=Σi=im-leftmim+rightmai·(i-1)·fsnΣi=im-leftmim+rightmai---(1);]]>其中：fm是校正的第m谐波频率，m是谐波编号，im是指第m谐波对应的谐波波段峰值索引号，ai是幅度谱中索引号为i的数据对应的幅值，leftm、rightm分别是第m谐波最后获取的左索引号和右索引号，fs是采样频率，n是采样点数。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建中，马驰飞，许光达，薛聪，陈吉红，陈红，
申请(专利权)人：华中科技大学，武汉华中数控股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。