基于频率响应的速度环控制参数自整定伺服调整平台制造技术

本发明专利技术公开了一种基于频率响应的速度环控制参数自整定伺服调整平台，包括伺服调整软件层、速度环整定算法层和通信接口层，所述伺服调整软件层包括采样功能、频域辨识功能、控制参数计算功能和数据可视化功能，所述速度环整定算法层包括激励信号、频域辨识和整定公式，所述通信接口包括控制模式、数据读写和参数管理；本发明专利技术结合工程实践，兼顾伺服系统调整过程中动态数据实时交互需求及用户操作习惯，实现具有速度环自整定功能的可视化操作平台。该平台基于EtherCAT主站，其传输效率高，主站与从站交换数据的时间为微秒级，因此通过EtherCAT主站设计稳定安全的通信接口，并结合基于模型的速度环控制参数整定算法，实现具有速度环整定功能的伺服调整软件。

【技术实现步骤摘要】
基于频率响应的速度环控制参数自整定伺服调整平台
本专利技术涉及伺服驱动
，尤其涉及一种基于频率响应的速度环控制参数自整定伺服调整平台。
技术介绍
随着高端装备高速高精的发展，伺服系统作为高端装备的运动执行机构，其高精度、高响应等高性能指标逐渐成为伺服系统的基本要求。在伺服系统三环控制结构中，速度环用于保证电机速度与指令速度的一致性，当负载转矩产生扰动时，能有效的降低负载带来的速度波动，增强电机的速度动态跟踪性能，提高整个系统的降噪能力。因此，快速且合理的调整速度环控制参数能有效的提高伺服系统的可靠性。传统的速度环控制参数调节依靠经验法，通过设置速度环控制参数，观察反馈速度曲线，经过合理的调整与测试，获取较优的控制参数，但传统的方法需要知识水平与经验水平较高的操作人员，无法有效地提升生产效率。在计算机上实现速度环控制参数整定功能已经逐步成为主流调整方式。这种方式使用传输时延低、带宽高且稳定的通讯协议、，实时获取伺服系统的运行数据，并通过速度环控制参数整定算法，采用软件工程将操作流程可视化，提高参数整定效率。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于频率响应的速度环控制参数自整定伺服调整平台。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：本专利技术包括伺服调整软件层、速度环整定算法层和通信接口层，所述伺服调整软件层包括采样功能、频域辨识功能、控制参数计算功能和数据可视化功能，所述速度环整定算法层包括激励信号、频域辨识和整定公式，所述通信接口包括控制模式、数据读写和参数管理；所述伺服调整软件层负责界面操作逻辑，结合整定算法接口与通信接口，实现通信数据显示、整定结果显示以及整定步骤引导；所述速度环整定算法层提供整定算法接口，帮助软件计算控制参数；所述通信接口用于通信数据的处理，提供数据管理与系统控制等接口，帮助软件完成整定过程中的数据交换与数据处理。所述伺服调整软件层信号的采样、速度环控制参数优化以及数据可视化功能基于QT框架实现，采样功能用于下发采样参数与接收返回的数据，包括激励信号下发和采集反馈速度与阶跃响应数据；控制参数计算功能通过调用整定算法接口与通信接口，完成参数的计算与评价；数据可视化功能用于可视化通信数据，频率辨识功能中由于频率辨识算法采用Python完成，频率辨识功能由两部分组成，一部分是软件上的频率响应辨识流程控制，另外一部分是Python实现的计算程序，两部分基于TCP与共享内存混合通信的方式，实现辨识功能。所述速度环整定算法层包括速度调节器、电流控制器、逆变器、交流伺服电机和整定算法，所述整定算法包括激励信号、参数辨识和整定公式，所述激励信号位于速度调节器与电流控制器之间，所述参数辨识位于速度调机器输入端，所述参数辨识输出至所述整定公式，整定供水传输至所述速度调节器，通过激励信号算法产生指令电流值，采集反馈速度，结合参数辨识算法，获取系统开环传递函数的幅频、相频数据；忽略伺服系统非线性因素，输入信号设置为，传递函数设置为，未加入噪声的输出结果为，噪声输入为，最终输出结果为，整合可得输入输出量关系为：将式(1)的两边乘以u(t-τ)，然后计算数学期望可得：根据自相关(式3)与互相关函数(式4)的定义，可化简式(2)为式(5)；分析式(5)，考虑输入信号u(t)与噪声输入v(t)的关系，对于斜坡信号、正弦信号等激励信号，频谱范围不够宽，无法充分激励辨识系统，并且与噪声信号具有一定的相关性，为避免系统工作在非线性区，减小输入信号对系统的扰动，消除噪声输入的影响，输入信号选择白噪声，不同时刻白噪声的互相关函数值为0，因此可得输入信号与白噪声输入的互相关Rvu值为0；当输入信号为白噪声时，对(5)进行傅里叶变换，可得关系为：Gzu(ω)＝H(ω)Gu(ω)(6)根据式(6)可知，伺服系统的传递函数与输入信号量的自功率谱的乘积等于输入信号量与输出信号量的互功率谱，而满足上述关系时激励信号需为白噪声，但在实际工程中，白噪声难以实现，因此输入信号使用PRBS信号。本专利技术的有益效果在于：本专利技术是一种基于频率响应的速度环控制参数自整定伺服调整平台，与现有技术相比，本专利技术结合工程实践，兼顾伺服系统调整过程中动态数据实时交互需求及用户操作习惯，实现一套具有速度环自整定功能的可视化操作平台。该平台基于EtherCAT主站，其传输效率高，主站与从站交换数据的时间为微秒级，因此通过EtherCAT主站设计稳定安全的通信接口，并结合基于模型的速度环控制参数整定算法，设计并实现具有速度环整定功能的伺服调整软件，具有推广应用的价值。附图说明图1是本专利技术的速度环控制参数调整流程图；图1中a：速度环控制参数手动调整流程图；b：速度环控制参数自动调整流程图；图2是本专利技术的平台三层结构图；图3是本专利技术的软件功能关系图；图4是本专利技术的自整定算法结构关系图；图5是本专利技术的通信接口关系图；图6是本专利技术的整定算法框图；图7是本专利技术的系统阶跃响应图；图8是本专利技术的频率响应辨识输入输出量关系图；图9是白噪声谱密度图；图10是本专利技术的PRBS产生原理图；图11是本专利技术的十一阶PRBS图；图12是本专利技术的周期图法计算结果；图13是本专利技术的welch法计算结果；图14是卷绕现象消除前曲线图；图15是卷绕现象消除后曲线图；图16是本专利技术的速度环控制框图；图17是本专利技术的速度环开环幅频特性图；图18是本专利技术的仿真模型图；图19是本专利技术的matlab频率响应辨识曲线图；图20是本专利技术的频率响应辨识曲线图；图21是本专利技术的阶跃响应测试图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：在调整速度环控制参数时，根据平台是否集成整定功能分为手动与自动两种方式。手动调整流程如图1a所示，操作人员设置速度环控制参数后，通过观测伺服系统运行曲线是否满足伺服系统运行要求，不断更改，确定最终参数。手动调整参数的效果与操作人员的工程经验相关，调整过程中设置的不合理参数可能增加伺服系统运行的风险，降低调整效率。而在具有整定功能的平台中，无需不断更改参数，只需连接伺服系统与调整平台，通过平台下发输入信号，采集反馈数据，计算控制参数等流程后，最后通过比较评价指标与控制参数的性能表现，验证当前结果是否最优。具有整定功能的平台使用整定算法计算较优的控制参数，提高了整定效率，其流程如图1b所示。通过对比分析，本文研究的伺服调整平台需要与伺服系统建立通信连接，完成电流指令地下达、反馈速度地获取、辨识系统伯德图属性、计算伺服系统的速度环控制参数以及获取伺服系统的阶跃响应曲线来评价系统性能等动作，并且伺服调整平台应能提高整定后的伺服系统动态响应能力和抗扰动能力，具备一定的实用功能，因此具有速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频率响应的速度环控制参数自整定伺服调整平台，其特征在于：包括伺服调整软件层、速度环整定算法层和通信接口层，所述伺服调整软件层包括采样功能、频域辨识功能、控制参数计算功能和数据可视化功能，所述速度环整定算法层包括激励信号、频域辨识和整定公式，所述通信接口包括控制模式、数据读写和参数管理；/n所述伺服调整软件层负责界面操作逻辑，结合整定算法接口与通信接口，实现通信数据显示、整定结果显示以及整定步骤引导；/n所述速度环整定算法层提供整定算法接口，帮助软件计算控制参数；/n所述通信接口用于通信数据的处理，提供数据管理与系统控制等接口，帮助软件完成整定过程中的数据交换与数据处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于频率响应的速度环控制参数自整定伺服调整平台，其特征在于：包括伺服调整软件层、速度环整定算法层和通信接口层，所述伺服调整软件层包括采样功能、频域辨识功能、控制参数计算功能和数据可视化功能，所述速度环整定算法层包括激励信号、频域辨识和整定公式，所述通信接口包括控制模式、数据读写和参数管理；
所述伺服调整软件层负责界面操作逻辑，结合整定算法接口与通信接口，实现通信数据显示、整定结果显示以及整定步骤引导；
所述速度环整定算法层提供整定算法接口，帮助软件计算控制参数；
所述通信接口用于通信数据的处理，提供数据管理与系统控制等接口，帮助软件完成整定过程中的数据交换与数据处理。


2.根据权利要求1所述的基于频率响应的速度环控制参数自整定伺服调整平台，其特征在于：所述伺服调整软件层信号的采样、速度环控制参数优化以及数据可视化功能基于QT框架实现，采样功能用于下发采样参数与接收返回的数据，包括激励信号下发和采集反馈速度与阶跃响应数据；控制参数计算功能通过调用整定算法接口与通信接口，完成参数的计算与评价；数据可视化功能用于可视化通信数据，频率辨识功能中由于频率辨识算法采用Python完成，频率辨识功能由两部分组成，一部分是软件上的频率响应辨识流程控制，另外一部分是Python实现的计算程序，两部分基于TCP与共享内存混合通信的方式，实现辨识功能。


3.根据权利要求1所述的基于频率响应的速度环控制参数自整定伺服调整平台，其特征在于：所述速度环整定算法层包括速度调节器、电流控制器、逆变器、交流伺服...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天航，苏小宇，江平，占颂，凡文涛，周向东，宋宝，唐小琦，
申请(专利权)人：武汉久同智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42