获取伺服系统频率特性的方法、电子装置和存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种获取伺服系统频率特性的方法、电子装置和存储装置，该方法包括：在至少一个指定频率范围内，对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号以对伺服系统的输出信号进行分步扫描；在所述分步扫描的每一步中，对所述伺服系统的输出信号进行同步整周期采样，获取不同频率点处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位；根据所述不同频率点处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位以及所述正弦激励信号计算得到所述伺服系统的频率特性。通过对伺服系统提供不同频率的正弦激励信号，并对伺服系统的输出进行同步整周期采样，可以改善或消除频谱分析过程中的频率泄露和系统非线性模态特征，从而提高计算精度。因此，本发明专利技术可以提高获取到的伺服系统频率特性曲线的精度，有助于伺服系统的精确控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】获取伺服系统频率特性的方法、电子装置和存储装置
本专利技术涉及伺服系统领域，特别是涉及一种获取伺服系统频率特性的方法、电子装置和存储装置。
技术介绍
伺服系统可以使用三个反馈环路来对伺服电机进行控制，分别是位置环、速度环和力矩环。当伺服系统的控制系统设定相应的位置、速度或者力矩目标指令时，伺服系统响应该指令对位置、速度或者力矩进行改变。控制系统的指令信号可以表示为不同频率正弦(或余弦)信号的合成，伺服系统的频率特性可反映正弦信号作用下伺服系统响应的性能，也即伺服系统输出信号与输入信号之间的关系。现有的获取伺服系统频率特性的方法，常常使用白噪声信号或者多个频率不同的正弦信号的叠加作为激励信号，这样在对伺服系统输出信号进行频谱分析时，常常会产生频率泄露或者出现系统非线性模态特征，降低计算的精度，从而影响伺服系统的控制精度。
技术实现思路
本专利技术提供一种获取伺服系统频率特性的方法、电子装置和存储装置，从而解决现有的方法计算精度低的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的一种技术方案为提供一种获取伺服系统频率特性的方法，包括：在至少一个指定频率范围内，对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号以对所述伺服系统的输出信号进行分步扫描；在所述分步扫描的每一步中，对所述伺服系统的输出信号进行同步整周期采样，获取不同频率点处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位；根据所述不同频率点处所述输出信号的幅值和相位以及所述正弦激励信号计算得到所述伺服系统的频率特性。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的另一种技术方案为提供一种电子装置，包括控制器，所述控制器可加载程序指令并执行获取伺服系统频率特性的方法，所述方法包括：在至少一个指定频率范围内，对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号以对所述伺服系统的输出信号进行分步扫描；在所述分步扫描的每一步中，对所述伺服系统的输出信号进行同步整周期采样，获取不同频率点处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位；根据所述不同频率点处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位以及所述正弦激励信号计算得到所述伺服系统的频率特性。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的另一种技术方案为提供一种具有存储功能的装置，其中存储有程序指令，程序指令可被加载并执行如前所述的获取伺服系统频率特性的方法。本专利技术的有益效果是：通过在至少一个指定频率范围内对伺服系统提供不同频率的正弦激励信号，并对伺服系统的数据进行同步整周期采样，可以改善或消除频谱分析过程中的频率泄露和系统非线性模态特征，从而提高计算精度。因此，本专利技术可以提高获取到的伺服系统频率特性的精确度，有助于伺服系统的精确控制。【附图说明】图1根据本专利技术一实施例，示出了一种获取伺服系统频率特性的方法的流程示意图。图2根据本专利技术另一实施例，示出了一种获取伺服系统频率特性的方法的流程示意图。图3根据本专利技术一实施例，示出了一种对伺服系统输出信号与输入信号的相位差进行修正的方法的流程示意图。图4示出了图3中相位差修正方法的一种实现算法流程示意图。图5是本专利技术提供的电子装置一实施例的结构示意图。图6是伺服系统反馈环路的一个示例性结构示意图。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，图1根据本专利技术一实施例，示出了一种获取伺服系统频率特性的方法的流程示意图。该方法包括：S101：在至少一个指定频率范围内，对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号以对伺服系统的输出信号进行分步扫描。伺服系统的频率特性可以反映伺服系统的输入信号和输出信号之间的关系，因此，为了获取伺服系统的频率特性，首先需要对伺服系统提供适当的激励信号作为输入，并在后续的步骤中测量伺服系统的输出。通过对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号，从而可以对伺服系统的输出信号进行分步扫描，即获取不同频率下伺服系统的输出信号与输入信号的关系。因此，在步骤S101中，在至少一个指定频率范围内，对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号以进行频率扫描。指定频率范围即需要获取频率特性的频率范围。例如，若期望获取伺服系统在0～1000Hz范围内的频率特性，则可在0～1000Hz范围内选取适当数量的频率点，并分步按这些频率点向伺服系统提供相应频率的正弦信号，从而进行分步扫描。在一些实施例中，可以在多个指定频率范围内进行分步扫描，以便提高扫描精度或减少不必要的运算量，详细说明将在后文中描述。需要注意，由于余弦信号与正弦信号只是在相位上相差π/2，所以可以统称为正弦型信号或正弦信号，因此余弦激励信号与本申请中的正弦激励信号等同，且使用余弦激励型号进行频率扫描的方案同样属于本申请的保护范围。S102：在分步扫描的每一步中，对伺服系统的输出信号进行同步整周期采样，获取不同频率点处伺服系统的输出信号的幅值和相位。在步骤S102中，针对每一步中的不同频率的正弦激励信号，对伺服系统的输出信号进行同步整周期采样。这样一来，在后续的信号处理过程中，采集时间窗口内的信号的周期延拓可与实际信号完全吻合，即采集时间窗口正好包含整数个信号周期。对采集到的信号进行分析，就可以检测得到不同频率点处伺服系统的输出信号的幅值和相位。S103：根据不同频率点处伺服系统的输出信号的幅值和相位以及正弦激励信号计算得到伺服系统的频率特性。伺服系统的频率特性包括幅频特性和相频特性，幅频特性即输出信号与激励信号的幅值比与频率的关系，相频特性即输出信号与激励信号的相位差与频率的关系。伺服系统频率特性的具体形式可以是包含上述各频率点处幅值比和/或相位差的对应关系表，也可以是根据获取到的幅值比和/或相位差与频率的数据点拟合得到的幅频特性曲线和/或相频特性曲线。在步骤S103中，根据得到的各个频率点处的输出信号的幅值和相位以及相应的激励信号，就可以计算得到伺服系统的频率特性。该频率特性可以提供给伺服系统的控制系统，以实现伺服系统的精确控制。本专利技术通过在至少一个指定频率范围内对伺服系统提供不同频率的正弦激励信号，并对伺服系统的数据进行同步整周期采样，可以改善或消除频谱分析过程中的频率泄露和系统非线性模态特征，从而提高计算精度。因此，本专利技术可以提高获取到的伺服系统频率特性的精确度，有助于伺服系统的精确控制。请参阅图2，图2根据本专利技术另一实施例，示出了一种获取伺服系统频率特性的方法的流程示意图。该方法包括：S201：在至少一个指定频率范围内，设定扫描起始频率、频率变量和扫描结束频率。S202：对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号以对伺服系统的输出信号进行分步扫描。在分步扫描的第一步中，对伺服系统提供频率等于扫描起始频率的正弦激励信号，并在分步扫描的后续的每一步中以频率变量为间隔改变正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获取伺服系统频率特性的方法，其特征在于，包括：/n在至少一个指定频率范围内，对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号以对所述伺服系统的输出信号进行分步扫描；/n在所述分步扫描的每一步中，对所述伺服系统的输出信号进行同步整周期采样，获取不同频率处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位；/n根据所述不同频率处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位以及所述正弦激励信号计算得到所述伺服系统的频率特性。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】一种获取伺服系统频率特性的方法，其特征在于，包括：
在至少一个指定频率范围内，对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号以对所述伺服系统的输出信号进行分步扫描；
在所述分步扫描的每一步中，对所述伺服系统的输出信号进行同步整周期采样，获取不同频率处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位；
根据所述不同频率处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位以及所述正弦激励信号计算得到所述伺服系统的频率特性。


如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在至少一个指定频率范围内对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号以对所述伺服系统的输出信号进行分步扫描的步骤具体为：
设定扫描起始频率、频率变量和扫描结束频率，其中，所述扫描起始频率和扫描结束频率确定所述指定频率范围；
在所述分步扫描的第一步中，对所述伺服系统提供频率等于所述扫描起始频率的所述正弦激励信号，并在所述分步扫描的后续的每一步中以所述频率变量为间隔改变所述正弦激励信号的频率，直至所述正弦激励信号的频率大于或等于所述扫描结束频率。


如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述伺服系统的输出信号进行同步整周期采样的步骤具体为：
对所述指定频率范围设定采样点数和采样频率，其中，所述频率变量与所述采样点数的乘积等于所述采样频率，且所述扫描起始频率与所述采样点数的乘积等于所述采样频率的整数倍；
在所述分步扫描的每一步中，按照所述采样点数和采样频率对所述伺服系统的输出信号进行采样。


如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述不同频率点处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位以及所述正弦激励信号计算得到所述伺服系统的频率特性的步骤具体为：
根据所述不同频率点处所述伺服系统的所述输出信号的所述幅值和所述相位，计算所述不同频率点处所述输出信号相对所述正弦激励信号的幅值比，计算并修正所述不同频率点处所述输出信号相对所述正弦激励信号的相位差，并根据所述不同频率点处所述输出信号相对所述正弦激励信号的幅值比和相位差，绘制所述伺服系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。


如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：使用三次样条插值技术对所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线进行精细化处理。


如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取不同频率点处所述伺服系统的所述输出信号的幅值和相位的步骤包括：
通过快速傅里叶变换，获取所述伺服系统的所述输出信号在频域内的所述不同频率点处的所述幅值和所述相位。


如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算并修正所述不同频率点处所述输出信号相对所述正弦激励信号的相位差的步骤包括：
根据快速傅里叶变换得到的所述输出信号在频域内的所述不同频率点处的所述相位，计算得到所述不同频率点处所述输出信号相对所述正弦激励信号的相位差；
对所述不同频率点处所述输出信号相对所述正弦激励信号的相位差进行修正，使相邻两频率点中的后一个频率点处的相位差与前一个频率点处的相位差的差值的绝对值小于π。


如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述不同频率点处所述输出信号相对所述正弦激励信号的相位差进行修正的步骤包括：
设定起始相位范围；
判断总的测试频率范围内的第一个频率点处的相位差是否在所述起始相位范围内；
当所述第一个频率点处的相位差不在所述起始相位范围内时，通过增加或减少2π使所述第一个频率点处的相位差落在所述起始相位范围内。


如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对所述不同频率点处所述输出信号相对所述正弦激励信号的相位差进行修正的步骤还包括：
从所述总的测试频率范围内的第二个频率点开始，判断当前频率点处的相位差与前一个频率点处的相位差的差值的绝对值是否大于π；
当所述差值的绝对值大于π并且所述当前频率点处的相位差大于所述前一个频率点处的相位差时，对所述当前频率点处的相位差减少2π，并返回判断所述当前频率点处的相位差与所述前一个频率点处的相位差的差值的绝对值是否大于π的步骤；
当所述差值的绝对值大于π并且所述当前频率点处的相位差小于所述前一个频率点处的相位差时，对所述当前频率点处的相位差增加2π，并返回判断所述当前频率点处的相位差与所述前一个频率点处的相位差的差值的绝对值是否大于π的步骤；
当所述当前频率点处的相位差与所述前一个频率点处的相位差的差值的绝对值小于π时，结束所述当前频率点处的相位差的修正，并继续进行下一个频率点处的修正，直到所述总的测试频率范围内的最后一个频率点。


一种电子装置，其特征在于，包括控制器，所述控制器可加载程序指令并执行获取伺服系统频率特性的方法，所述方法包括：
在至少一个指定频率范围内，对伺服系统依次提供不同频率的正弦激励信号以对所述伺服系统的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶之雨，
申请(专利权)人：深圳配天智能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44