專利名稱：一種利用伺服驅動器測定機械共振頻率的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械共振頻率測定/辨識技術領域，具體說涉及一種利用伺服驅動器測定機械共振頻率的方法。
背景技術：
在電氣傳動、電機拖動等工業(yè)自動化領域，機械共振是常見的現(xiàn)象，共振頻率通常在幾百赫茲左右。機械共振會帶來很多弊端，如現(xiàn)場噪音大、加工精度和機械精度都下降、 機械使用壽命縮短等。因此設備工作時都要盡量克服機械共振，尤其對于伺服驅動這類高精度控制場合。通常伺服驅動器中都內置共振抑制控制器功能，正確設置共振頻率后，共振抑制控制器會大幅衰減共振頻率點的強度，有效緩解機械共振帶來的不利影響。因此需要預知正確的機械共振頻率點，就可解決此問題。通常機械共振頻率在100赫茲至1000赫茲，辨識精度達到5赫茲，即能滿足應用要求?，F(xiàn)有技術中，常見的辨識機械共振頻率點的方法是通過上位裝置來實現(xiàn)的，在產生機械振動時，將電動機實際速度信號采集到上位裝置，上位機采用快速傅立葉變換(FFT) 將時域信號作頻率分析，得到各個頻率點的幅值，幅值最大點對應的頻率即為機械共振頻率。上述方案存在的問題在于快速傅立葉變換的頻率分辨率與采樣信號的數據量相關，要辨識分辨率的頻率越高，需要采樣的數據量就越大，而快速傅立葉變換的運算量又是與采樣數據量呈幾何級數增長。受龐大運算量的制約，通常上位裝置都是PC機，此外還需要其它輔助設備，諸如上位裝置與伺服驅動器之間的通訊電纜，上位裝置安裝專用的伺服通訊軟件等等，設備結構復雜，導致了成本的增加；另一方面，使用上述方法辨識機械共振頻率， 需要現(xiàn)場操作人員受過相應的技術培訓并具有相應的技術技能，實際工作中往往不具備這樣的條件，因此，導致現(xiàn)場很少有操作人員使用上位裝置去測量機械共振頻率。從伺服驅動器的智能化程度和易操作性的角度出發(fā)，如果伺服驅動器本身具備共振頻率辨識的功能，那么會給操作使用帶來極大的便利，能夠更好地驅動機械部件，提升伺服驅動器的控制性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題，在于克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種利用伺服驅動器測定機械共振頻率的方法，可以實現(xiàn)機械設備自動完成機械共振頻率的測定。本發(fā)明是通過如下技術方案來實現(xiàn)的
使伺服驅動器工作在轉矩控制模式下，通過在伺服驅動器內部施加設定的轉矩激勵信號，該轉矩激勵信號采用線性移位寄存器序列(M序列)的形式，其屬于具有接近白噪聲性質的偽隨機信號，使電動機驅動機械部件處于微振狀態(tài)，這樣做的目的是不對電機或機械設備造成損壞。同步采集電動機的實際速度信號，并存儲在伺服驅動器內部SRAM中的指定數據區(qū)，直至給定的轉矩信號施加完畢，電動機停止運動，得到電動機實際速度信號序列。將采集到的電動機實際速度信號序列依次通過若干個中心頻率不同、但通帶頻率固定的帶通濾波器，得到經過濾波后的速度信號，將每個帶通濾波器輸出的速度信號序列先取絕對值再作累加運算，得到各個帶通濾波器輸出信號序列的累加值。再將這若干個帶通濾波器輸出信號序列的累加值進行比較，最大累加值對應的帶通濾波器的中心頻率即為機械共振頻率。本發(fā)明通過施加設定的轉矩信號，保證機械部件只做微小的運動，能有效地保護機械部件；借助伺服驅動器內部高速的信號采樣和數字信號的處理，能獨立辨識出機械共振頻率；本發(fā)明既節(jié)省了系統(tǒng)成本，又提升了伺服驅動器的智能化程度和易操作性，具有很強的應用和推廣價值。


圖I是實施本發(fā)明利用伺服驅動器測定機械共振頻率的方法的設備結構框圖； 圖中A是伺服驅動器，B是電動機，C是數控銑床。圖2共振頻率分析的結構框圖。圖3是機械減振前后的效果對比圖。
具體實施例方式下面結合圖I、圖2和實施例對本發(fā)明進一步說明。實施例圖I中C為一數控銑床，電動機B通過滾珠絲杠驅動數控銑床C的某一軸、伺服驅動器A控制電動機B，選定的帶通濾波器個數M=10，各帶通濾波器的中心頻率依次為 IOOHz、200Hz、300Hz、......、1000Hz，通帶頻率為 IOOHz。圖I中，伺服驅動器A工作在轉矩控制模式，根據伺服驅動器A內部設定的線性移位寄存器序列(M序列)，生成轉矩給定信號(轉矩激勵信號)，轉矩激勵信號的幅值通常為額定轉矩的5% 10%，作用于電動機B進而驅動數控銑床C，使數控銑床C產生微小的運動， 能有效地保護數控銑床C。與此同時伺服驅動器A同步采集電動機B的實際速度信號，得到電動機實際速度信號序列，并存儲在伺服驅動器A內的指定數據區(qū)，交由伺服驅動器A進行數字信號處理，并分析出機械共振頻率。數字信號處理和機械共振頻率分析的步驟如下圖2中，電動機速度信號序列 X1 Xn先經過帶通濾波器1，濾波器輸出信號序列Y11 YN1，作輸出信號序列的絕對值累加運算；再將電機速度信號序列通過帶通濾波器2，濾波器輸出信號序列Y12 YN2，也作絕對值累加運算；依次類推，直到電機速度信號序列通過最后一個帶通濾波器M，濾波器輸出信號序列Yim Y麗，同樣作絕對值累加運算。比較SUM_1，SUM_2，……，SUM_M的大小，最大值 SUM_j對應的帶通濾波器j的中心頻率&近似為共振頻率(當帶通濾波器的中心頻率與共振頻率一致時，信號通過帶通濾波器后的完整性才最好，SUM值也會最大)，其精度依帶通濾波器的通帶頻率而定(通帶頻率越寬,精度越低,視應用需求而定)。本實施例中，最大值為 SUM_5，共振頻率近似為帶通濾波器5的中心頻率f5 = 500Hz，辨識精度為±50Hz，得到一個粗略的共振頻率點。通?？上仍O定較大的通帶頻率，辨識到一個粗略共振頻率范圍；在此范圍內，再設定較小的通帶頻率，辨識到一個精確的共振頻率點。如此既可縮短辨識時間，又可減少運算
4資源。經過第一次辨識后，本實施例重新選定帶通濾波器個數M= 10，各帶通濾波器的中
心頻率依次為455Hz、465Hz、475Hz、......、545Hz，通帶頻率為IOHz，再次執(zhí)行圖2中的機械
共振頻率分析步驟，計算得到最大值為SUM_8，共振頻率近似為帶通濾波器8的中心頻率f8 =525Hz，此時辨識精度為±5Hz，能滿足伺服驅動數控銑床此類高精度控制場合的要求。在辨識出機械共振頻率后，將此頻率設入共振抑制控制器，本實施例減振前后的效果對比如圖3 :圖3為電動機B的實際速度響應，伺服驅動器A控制電動機B以每分鐘200 轉的速度驅動數控銑床C運動，由于產生機械共振導致電動機B的速度波動達到±25轉/ 分，實施減振控制后，電動機B的速度波動減小至±5轉/分；實施例證明了由本發(fā)明方案所辨識出的機械共振頻率的準確性，亦驗證了本發(fā)明方案的有效性。
權利要求
1.一種利用伺服驅動器測定機械共振頻率的方法，其步驟是使伺服驅動器工作在轉矩控制模式下，通過在伺服驅動器內部施加設定的轉矩激勵信號，該轉矩激勵信號采用線性移位寄存器序列的形式，其屬于具有接近白噪聲性質的偽隨機信號，使電動機驅動機械部件處于微振狀態(tài)；同步采集電動機的實際速度信號，并存儲在伺服驅動器內部SRAM中的指定數據區(qū)，直至給定的轉矩信號施加完畢，電動機停止運動，得到電動機實際速度信號序列；將采集到的電動機實際速度信號序列依次通過若干個中心頻率不同、但通帶頻率固定的帶通濾波器，得到經過濾波后的速度信號，將每個帶通濾波器輸出的速度信號序列先取絕對值再作累加運算，得到各個帶通濾波器輸出信號序列的累加值；再將上述各個帶通濾波器輸出信號序列的累加值進行比較，最大累加值對應的帶通濾波器的中心頻率即為機械共振頻率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用伺服驅動器測定機械共振頻率的方法，其步驟是使伺服驅動器工作在轉矩控制模式下，通過在伺服驅動器內部施加設定的轉矩激勵信號使電動機驅動機械部件處于微振狀態(tài)；同步采集電動機的實際速度信號，得到電動機實際速度信號序列；將采集到的電動機實際速度信號序列依次通過若干個中心頻率不同、但通帶頻率固定的帶通濾波器，得到經過濾波后的速度信號，計算每個帶通濾波器輸出的濾波后的速度信號序列絕對值累加值；再將上述各個帶通濾波器輸出信號序列的累加值進行比較，最大累加值對應的帶通濾波器的中心頻率即為機械共振頻率。利用本發(fā)明方法，可以實現(xiàn)機械設備自動完成機械共振頻率的測定。
文檔編號G01H13/00GK102589675SQ201210065420
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權日2012年3月14日
發(fā)明者吳波, 楊凱峰, 齊丹丹 申請人:南京埃斯頓自動化股份有限公司, 南京埃斯頓自動控制技術有限公司