本发明专利技术公开了一种用于分析受限旋转电机系统的诊断系统，所述诊断系统包括第一变换单元，第二变换单元，闭环频率响应单元，以及诊断单元。所述第一变换单元用于接收表示电机控制信号（３５）的第一数字信号，以及用于提供表示所述电机控制信号的频域表示的电机控制频域信号。所述第二变换单元用于接收表示位置检测信号（４２）的第二数字信号，以及用于提供表示所述位置检测信号的频域表示的位置检测频域信号。所述闭环频率响应单元用于识别响应于所述位置检测频域信号和所述电机控制频域信号的受限旋转电机的频率响应的表示。所述诊断单元（５０）用于比较所述频率响应的表示和先前记录的预先频率响应的表示，以识别有关所述受限旋转电机系统的错误状态（５２）。
System and method for diagnosing a controller in a limited rotating motor system
The invention discloses a diagnostic system for analyzing a limited rotating motor system comprising a first conversion unit, a second conversion unit, a closed loop frequency response unit, and a diagnostic unit. The first conversion unit is used to receive a first digital signal indicating the motor control signal (35), and a motor control frequency domain signal for providing a frequency domain representation of the motor control signal. The second conversion unit is used to receive a second digital signal indicating a position detection signal (42), and a position detection frequency domain signal for providing a frequency domain representation of the position detection signal. The closed-loop frequency response unit is used to identify a representation of the frequency response of the limited rotating motor in response to the position detection frequency domain signal and the motor control frequency domain signal. The diagnostic unit (50) is used to compare the representation of the frequency response and the representation of the previously recorded pre frequency response to identify the error state (52) concerning the limited rotating motor system.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求2004年1月23日提出的美国临时专利申请系列号60/538,842的优先权，并要求2004年5月28日提出的美国临时专利申请系列号60/575,255的优先权，以及要求2004年9月28日提出的美国临时专利申请系列号60/613,962的优先权。
技术介绍
本专利技术一般涉及受限旋转电机系统，尤其涉及用于诊断和调节受限旋转电机系统的系统和方法。受限旋转电机一般包括步进电机和恒速电机。某些步进电机也适合于要求高速和大扫描角的高占空比锯齿波扫描的应用。例如，美国专利NO.6,275,319公开了一种用于光栅扫描应用的光学扫描装置。然而，用于某些应用的受限旋转电机，要求转子以精确的和恒定的速度而不是通过锯齿方式的步进和固定(settling)在两个位置之间移动。这些应用要求达到恒定速度所需的时间尽可能的短，且获得的速度的误差量尽可能的小。恒速电机一般提供更高的扭距常数并典型地包括转子和用于使转子绕中心轴旋转的驱动电路，以及位置转换器，例如，转速计或位置传感器，以及与转换器耦合的反馈电路，其允许转子由对输入信号和反馈信号作出响应的驱动电路驱动。例如，美国专利NO.5,424,632公开了一种常规双极受限旋转电机。受限旋转转矩电机可以通过二重积分器模型加上几种灵活模式和低频非线性效应来建模或表示。用于电流计的一种典型的闭环伺服系统包括用于低频不确定性的积分作用和用于高频谐振模式的陷波滤波器。系统被选择运行在中频范围，在该范围内系统可使用刚性实体良好建模。对于二重积分器刚性实体模型，在开环增益和频率响应曲线上的交叉频率之间有着直接关系。例如，在1996年Y.H.Huang，S.Weerasooriya和T.S.Low，J.Applied Physics的“Autotuning of aservowriter head positioning system with minimum positioningerror”v.79pp.5674-5676中公开的用于伺服记录器磁头定位系统的自动调谐系统。图1示意了现有技术的受限旋转转矩电机系统10。系统10包括接收输入命令14的控制器12(例如，位置、积分、微分或PID控制器)。控制器12提供控制信号给电机16，其移动诸如反射镜的光学元件以提供响应输入命令14的位置改变18。该系统还包括提供位置检测信号22的位置检测器20，位置检测信号22与输入命令14同样被提供给控制器12。如果控制器不能自适应这些变化的话，系统的开环增益(或0dB交叉变化)将影响闭环系统性能。例如，这种受限旋转电机可用于各种激光扫描应用中，比如高速表面计量。其它激光处理应用包括激光焊接(例如，高速点焊)、表面处理、切割、钻孔、标记、清理焊缝、激光修补、快速定型、形成微结构，或在各种材料上形成密集排列的纳米结构。然而，受限旋转转矩电机经受限后的使用最终失败了。当更难于开发出驱动受限旋转电机的方法时，失败可能在不期望的时候到来。测量受限旋转电机的状态的能力有助于预测电机的寿命。此外，希望能够在原地测量受限旋转电机的状态而无需电机返回工厂进行分析。因此，需要一种监控受限旋转转矩电机的方法，而且尤其需要一种诊断受限旋转转矩电机的健康状态与寿命的方法。
技术实现思路
根据一个实施例，本专利技术提供了一种用于分析受限旋转电机系统的诊断系统。该诊断系统包括第一变换单元、第二变换单元、闭环频率响应单元和诊断系统。所述第一变换单元用于接收表示电机控制信号的第一数字信号，以及用于提供表示电机控制信号频域表示的电机控制频域信号。所述第二变换单元用于接收表示位置检测信号的第二数字信号，以及用于提供表示位置检测信号的频域表示的位置检测频域信号。所述闭环频率响应单元用于识别响应于位置检测频域信号和电机控制频域信号的受限旋转电机的频率响应的表示。所述诊断单元用于比较频率响应的表示和先前记录的预先频率响应的表示，以识别有关受限旋转电机系统的错误状态。附图说明参考附图可以更进一步地理解下面的描述，其中图1示出了根据现有技术的受限旋转电机和控制系统的示意性图解功能图；图2示出了根据本专利技术的一个实施例的受限旋转电机和诊断系统的示意性图解功能图；图3A和图3B示出了提供给电机控制器的伪随机二进制序列激励信号，以及电机响应该伪随机二进制序列而产生的相关位置检测信号的示意性图形表示；图4示出了根据本专利技术的一个实施例的诊断单元的示意性图解表示；图5示出了根据本专利技术的一个实施例的系统的实测频率响应的示意性图形表示；图6示出了根据本专利技术的某些实施例展示低频响应中的变化的实测频率响应的示意性图形表示；图7示出了根据本专利技术的另一个实施例展示转矩常量中的变化的实测频率响应的示意性图形表示；图8示出了根据本专利技术的还一个实施例展示不对称性能的实测频率响应的示意性图形表示；图9示出了根据本专利技术的还一个实施例的受限旋转电机和诊断系统的示意性图解功能图；示出附图仅仅是为了说明性的目的。具体实施例方式根据本专利技术的各种实施例，受限旋转电机性能数据是从电机系统中捕获的，而且分析该数据以便确定可能负面影响系统性能的各种状态的诊断。在一个实施例中，为所有工作频率确定响应输入符号波形的输出信号的幅度的伯德图(Bode plot)。这个图是在一个非常小的范围(例如＜1度)上确定的。在以后可在不同的范围上或者在同一范围上确定另一个图。比较这些图产生有关电流计系统的有用信息。例如，同一个范围上随着时间的过去低频上的不一致性可能预示着即将发生的轴承(bearing)故障。随着时间的过去中频上的不一致性可能预示着转矩常量中的重大损耗。在频率范围的不同部分(例如，+1到+20度范围与-1到-20度范围相比)上的不一致性可能预示着不对称的性能。受限旋转电机故障的常见起因是轴承故障，它典型地随着时间的过去而逐渐发生。运行过程中的其他问题可能包括转矩常量改变或电机响应关于零角度位置响应的对称性的变化。根据本专利技术的各种实施例，受限旋转电机性能数据是从电机系统捕获的。伪随机二进制序列(PRBS)激励信号被输入到系统。输入到电机的信号(电机输入信号)被记录，同时还记录了从位置检测器接收的位置信号(PD信号)。在每一个信号上执行快速傅立叶变换(FFT)，通过得到PD信号的频率响应表示与电机输入信号的频率响应表示的比率来比较这两个信号的表示。该比率提供了表示对系统的开环频率响应的序列(比率序列)。开环频率响应可以以幅度与频率的伯德图形式提供。这样就产生了一个表示电机系统转移函数的数学系统模型。由于已知特定时间用于电机系统的数学模型和运动的角度范围，所以允许诊断系统将该数学模型与用于其他早期应用的模型相比较，和/或与沿转子旋转范围的其他位置相比较。该系统假定电机系统中的开环交叉频率变化的标识符可以自动被识别(甚至借助远程数字网络)。自动识别可以闭环地执行以便在此过程中系统的稳定性不会受到影响。数据收集过程可以在毫秒级内完成。根据本专利技术的一个实施例的自动识别系统可包括使用伪随机二进制序列(PRBS)的系统激励，这样就在捕获的时间响应上产生一个快速傅立叶变换。然后使用FFT数据建模系统识别。图2示出了根据本专利技术的一个实施例的系统30的示意性间图。系统30包括接收输入命令34的PID控制器32。控制器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于分析受限旋转电机系统的诊断系统，所述诊断系统包括：第一变换装置，用于接收表示电机控制信号的第一数字信号，以及用于提供表示所述电机控制信号的频域表示的电机控制频域信号；第二变换装置，用于接收表示位置检测信号的第二数字信 号，以及用于提供表示所述位置检测信号的频域表示的位置检测频域信号；闭环频率响应装置，用于识别响应于所述电机控制频域信号和所述位置检测频域信号的受限旋转电机的频率响应的表示；以及诊断装置，用于比较所述频率响应的表示和先前记录的 预先频率响应的表示，以识别有关所述受限旋转电机系统的错误状态。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇弘，
申请(专利权)人：杰斯集团公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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