一種測量伺服驅動器帶寬的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種測量電機驅動器的帶寬的裝置，包括：微機械陀螺，微機械陀螺的敏感軸與電機的軸向相平行；信號發(fā)生器，用于向電機驅動器發(fā)送正弦波指令信號；信號接收器，用于接收微機械陀螺的反饋信號；以及運算器，用于將正弦波指令信號的振幅和相位與對應的反饋信號的振幅和相位作比較，求出帶寬。本發(fā)明的目的在于提供一種使用上述測量電機驅動器的帶寬的方法。
【專利說明】一種測量伺服驅動器帶寬的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量伺服驅動器帶的裝置和方法，尤其涉及一種借助微機械陀螺測量伺服驅動器帶寬的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]伺服驅動器的帶寬對于伺服驅動器來說是一個重要的技術參數(shù)。生產(chǎn)商將向用戶提供其銷售的伺服驅動器的帶寬數(shù)據(jù)。同時在研發(fā)過程中，帶寬也是經(jīng)常被測量的數(shù)據(jù)。
[0003]根據(jù)AC伺服驅動器通用技術要求(JB T 10184-2000)，伺服驅動器帶寬由以下定義。將一個正弦波的信號指令發(fā)給伺服驅動器，通過電機的編碼器的返回的正弦波信號計算帶寬。當返回的正弦波的振幅衰減為指令正弦波的振幅的0.707倍，相對應的返回正弦波的頻率稱為_3dB帶寬。當返回正弦波的相位比指令正弦波的相位延遲90度時，相對應的返回正弦波的頻率稱為-90度相移帶寬。
[0004]現(xiàn)有技術中，通常在電機上連接編碼器，利用編碼器返回的反饋信號來計算伺服驅動器的帶寬。一種常用的方法是運用頻譜分析儀發(fā)出激勵信號并接收反饋信號來測帶寬。頻譜分析儀是測各種裝置中的頻率響應的通用儀器。分析儀發(fā)出激勵信號，然后接收反饋信號。通過以上兩個信號，分析儀得到了伺服驅動器的反饋頻率信息，其中，包括帶寬信息。圖1為一個現(xiàn)有的運用頻譜分析儀的帶寬測試裝置的示意圖。有些高端伺服驅動器自帶頻率反饋分析軟件。高端伺服驅動器的PC調試界面通過電機驅動器對伺服電機發(fā)出激勵信號并接收來自電機上編碼器的反饋信號，自帶的頻響分析軟件對反饋信號進行分析，計算出帶寬。當然，還可用手動的方法，發(fā)出正弦激勵信號并接收來自編碼器的反饋信號，測出帶寬。以上方法均借用電機上的編碼器返回的反饋信號計算帶寬。但是，編碼器通常返回的反饋信號是位置信號，其轉換為速度后，速度分辨率偏低。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種測量電機驅動器的帶寬的裝置，包括:微機械陀螺，微機械陀螺的敏感軸與電機的軸向相平行；信號發(fā)生器，用于向電機驅動器發(fā)送正弦波指令信號；信號接收器，用于接收微機械陀螺的反饋信號；以及運算器，用于將正弦波指令信號的振幅和相位與對應的反饋信號的振幅和相位作比較，求出帶寬。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種使用上述測量電機驅動器的帶寬的方法，包括:將正弦波指令信號發(fā)送給電機驅動器；接收陀螺發(fā)出的反饋信號；求出反饋信號的振幅和相位；比較指令信號的振幅和相位與對應的反饋信號的振幅和相位，求出帶寬。
[0007]從上述方案中可以看出，本發(fā)明的優(yōu)點包括，但不僅限于:
[0008]1.運用本發(fā)明的方法計算出的帶寬精度高；
[0009]2.本發(fā)明的方法所采用的裝置尺寸小，安裝方便，便于實現(xiàn)/使用；
[0010]3.本發(fā)明的成本相對低。【專利附圖】

【附圖說明】
[0011 ] 下面將通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，使本領域的普通技術人員更清楚本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點，附圖中:
[0012]圖1為一個現(xiàn)有的運用頻譜分析儀的帶寬測試裝置的示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明的包括測量伺服驅動器帶寬裝置和被測裝置的系統(tǒng)的一個實施例的不意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明的包括測量伺服驅動器帶寬裝置和被測裝置的系統(tǒng)的另一個實施例的不意圖；
[0015]圖4為微機械陀螺安裝在電機軸上的一個示意圖；
[0016]圖5為利用圖2提供的系統(tǒng)測量伺服驅動器帶寬的一種方法的流程圖；
[0017]圖6為利用圖3提供的裝置測量伺服驅動器帶寬的一種方法流程圖；
[0018]圖7為利用圖2提供的裝置測量伺服驅動器帶寬的另一種方法的流程圖；
[0019]圖8為利用圖3提供的裝置測量伺服驅動器帶寬的另一種方法流程圖；
[0020]圖9為將正弦波疊加指令信號輸給伺服驅動器的示意圖；
圖1Oa為傅里葉變換后得到的各頻率對應的反饋信號與指令信號的頻率的差值；
圖1Ob為傅里葉變換后得到的各頻率對應的反饋信號與指令信號的相位的差值。
【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，以下舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。在各圖中相同的標號表示相同的部分。
[0022]請參見圖2，圖2為本發(fā)明的包括測量伺服驅動器帶寬裝置和被測裝置的系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。本系統(tǒng)包括信號發(fā)生器11，信號接收器12，運算器13，伺服驅動器2，帶有微機械陀螺4的伺服電機3，還可包括放大器和濾波器5和Α/D轉換器6。在本實施例中，發(fā)生器11，信號接收器12和運算器可均集成在CPU I中。其中，測量伺服驅動器帶寬裝置可包括信號發(fā)生器11，信號接收器12，運算器13，微機械陀螺4，還可包括放大器和濾波器5和Α/D轉換器6。被測裝置可包括伺服驅動器2和伺服電機3。
[0023]值得注意的是，發(fā)生器11，信號接收器12和運算器13并不一定以集成在CPU I的方式呈現(xiàn)，其可獨立存在。此外，本裝置并不局限于測量伺服驅動器的帶寬，其還可以測量其他電機驅動器的帶寬。
[0024]本實施例中的微機械陀螺4發(fā)出的反饋信號為模擬信號。因為信號接收器12接收的是數(shù)字信號以及后續(xù)計算需要的是數(shù)字信號，所以，微機械陀螺4發(fā)出的反饋信號需經(jīng)過Α/D轉換器6，從模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，并將此信號傳送給CPU中的信號接收器12。值得注意的是，本發(fā)明還可以采用發(fā)出數(shù)字信號的微機械陀螺4。如采用的微機械陀螺4發(fā)出的反饋信號為數(shù)字信號，本發(fā)明則不需包括Α/D轉換器6，如果不需要Α/D轉換器6，本發(fā)明也不包括放大器和濾波器5。如果本發(fā)明采用的微機械陀螺4發(fā)出的是模擬信號，并且，如果陀螺輸出的信號范圍正好適合Α/D轉換器6的輸入范圍,放大器和濾波器5也可不被包括。圖3為本發(fā)明的包括測量伺服驅動器帶寬裝置和被測裝置的系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖。因為圖3中的微機械陀螺4發(fā)出的反饋信號是電子信號，所以不需要放大器和濾波器5和Α/D轉換器6。[0025]微機械陀螺4是一種慣性傳感器，它只能感知并測量與它的敏感軸相平行的角速度。利用這個特性，本發(fā)明將微機械陀螺4裝在電機軸末端的任何位置，但必須使得陀螺的敏感軸與被測角速度方向，即電機的軸向相平行。這樣一來，微機械陀螺4便可測量電機軸的角速度。接下來請參見圖4，圖4為微機械陀螺安裝在電機軸上的一個示意圖。如圖所示，微機械陀螺4可先集成到印制電路板42(printed circuit board, PCB),然后將印制電路板42貼在電機軸的末端。微機械陀螺4分很多種，有偏航陀螺、俯仰陀螺、橫滾陀螺等，一般陀螺手冊上都會給出一個外形圖，在圖上標注其敏感軸，因此將其焊在電路板上之后也就知道敏感軸方向了。我們以偏航速率陀螺為例，它一般以扁的芯片的形式存在，敏感軸就是垂直于這個扁的面，焊到電路板上之后，敏感軸就是垂直于印制電路板42的方向。(圖4中Z軸所示)。因為微機械陀螺4的X，y軸不會對電機角速度的測量產(chǎn)生影響，因此安裝微機械陀螺4時就非常方便，比如說，不用考慮X，y軸的對準。此外，微機械陀螺4的尺寸很小。以ADXRS620型號的微機械陀螺4為例，其為6.85mm*6.85mm。這也為安裝微機械陀螺4提供了方便。
[0026]微機械陀螺4的輸出為一個與角速度成正比的信號。在本實施例中，其輸出為模擬信號。其敏感度相對于現(xiàn)有的編碼器來說要強。以ADXRS620型的偏航速率陀螺為例。其輸出標度因數(shù)為6mv/degree/second。配上儀表運算放大器和12節(jié)Α/D轉換器,其分辨率很容易能達到0.1° /S。然后，對于常用的2500線編碼器(一萬個脈沖/周)來說，當電機轉一周時，其會發(fā)出一萬個脈沖。因此，在常用的采樣時間I毫秒(ms)里，其速度分辨率為
360°
10000: 360/:相比之下，ADXRS620型的偏航速率陀螺的分辨率0.1。/s要小得多。0.001s9
[0027]接下來，請結合圖2和圖5來介紹本發(fā)明借助微機械陀螺測量伺服驅動器帶寬的步驟，圖5為利用圖2提供的裝置測量伺服驅動器帶寬的一種方法的流程圖。值得注意的是，本方法并不局限于測量伺服驅動器的帶寬，其還可以測量其他電機驅動器的帶寬。
[0028]本發(fā)明提供的借助微機械陀螺測量伺服驅動器帶寬的方法包括:(I)將微機械陀螺4置于電機軸41 (見圖4)上(S51)，使得將微機械陀螺4的敏感軸與被測角速度方向，即電機的軸向平行；
[0029](2)將一個由不同頻率的正弦波疊加而成的指令信號輸出給伺服驅動器2 (S52)，在圖4的實施例中，此步驟可由CPU I中的信號發(fā)生器11完成，請參見圖9，圖9為將指令正弦波疊加信號輸給伺服驅動器的示意圖，當伺服驅動器2接收到正弦波疊加信號指令后，指示伺服電機3按照指令運動。安裝在伺服電機3上的微機械陀螺4按照伺服電機3的運動發(fā)出反饋信號，由于伺服系統(tǒng)的性質，微機械陀螺4發(fā)出的反饋信號也會為一組正弦波的疊加信號；
[0030](3)放大器和濾波器5對反饋信號進行放大及濾波處理(S53)，通常，微機械陀螺4輸出的信號范圍不適合Α/D轉換器6的輸入范圍，因此需要對其輸出的信號進行放大及濾波處理，值得注意的是，如本發(fā)明采用的微機械陀螺4發(fā)出的是模擬信號，并且，如陀螺輸出的信號范圍正好適合Α/D轉換器6的輸入范圍,此步可省略,如米用的微機械陀螺4發(fā)出的反饋信號為數(shù)字信號時，此步也可省略；
[0031](4) Α/D轉換器6以固定的采樣周期將反饋信號從模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號(S54)，在每個采樣周期，例如每I毫秒，采集一次信號，共采集N個點為一組數(shù)列，通常，采集的信號為微機械陀螺4的輸出電壓，值得注意的是，如采用的微機械陀螺4發(fā)出的反饋信號為數(shù)字信號，此步可省略；
[0032](5)以固定的采樣周期接收微機械陀螺4的反饋正弦波疊加信號(S55)，此反饋信號為經(jīng)過放大過濾及Α/D轉換后的信號；
[0033](6)運用適當?shù)臄?shù)字信號處理方法，求出正弦波反饋信號的振幅和相位(S56)；
[0034]下面用一個例子來說明上述步驟，例如，信號發(fā)生器11發(fā)出一組指令正弦波疊加信號 Apir^cOit+a j)+A2Sin (ω 2t+a 2)+...+Ansin (ωη?+a n)，由于伺服系統(tǒng)的性質,微機械陀螺4發(fā)出的反饋信號也會為一組正弦波的疊加信號B1Sin (ω^+β i) +B2Sin (ω 2t+ β 2) +...+BnSin(ωη?+βη)，其中，A1-An, B1-Bn 為振幅，ω^..ωη 為頻率，t 為時間，
【權利要求】
1.一種測量電機驅動器的帶寬的裝置，包括: 微機械陀螺，所述微機械陀螺的敏感軸與所述電機的軸向相平行； 信號發(fā)生器，用于向所述電機驅動器發(fā)送正弦波指令信號； 信號接收器，用于接收所述微機械陀螺的反饋信號；以及 運算器，用于將所述正弦波指令信號的振幅和相位與對應的反饋信號的振幅和相位作比較，求出帶寬。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括放大器和濾波器，所述放大器用于放大所述反饋信號，濾波器用于過濾所述反饋信號中的噪音。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，還包括Α/D轉換器，用于將所述反饋信號從模擬信號轉換成數(shù)字信號。
4.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)生器，信號接收器和運算器集成在一個電器兀件中。
5.一種使用如權利要求1-4所述的裝置測量電機驅動器的帶寬的方法，包括: 將正弦波指令信號發(fā)送給所述電機驅動器； 接收所述陀螺發(fā)出的反饋信號； 求出所述反饋信號的振幅和相位； 比較所述所述指令信號的振幅和相位與對應的反饋信號的振幅和相位，求出帶寬。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述正弦波指令信號包括一個由不同頻率的正弦波疊加而成的指令信號。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述正弦波指令信號包括依次發(fā)送的多個不同頻率的正弦波信號。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，當接收到一個頻率的正弦波信號，便求出對應的反饋信號的振幅和相位。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，當所述多個頻率的正弦波信號都收到時，才求出對應的反饋信號的振幅和相位。
10.如權利要求5-9任一所述的方法，其特征在于，在所述接收反饋信號之前，對所述反饋信號進行放大及濾波處理。
11.如權利要求5-9任一所述的方法，其特征在于，在所述接收反饋信號之前，將所述反饋信號從模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，在所述反饋信號進行放大及濾波處理后，將所述反饋信號從模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號。
13.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于，用數(shù)字信號處理方法求出所述反饋信號的振幅和相位，所述數(shù)字信號處理方法包括全相位快速傅里葉變換，傅里葉級數(shù)，以及離散時間傅里葉變換。
14.如權利要求5，7，8或9所述的方法，其特征在于，用數(shù)字信號處理方法求出所述反饋信號的振幅和相位，所述數(shù)字信號處理方法包括離散時間傅里葉變換，傅里葉級數(shù)，以及直接在數(shù)列當中尋找極值來求振幅,尋找過零點來求相位差的方法。
【文檔編號】G01R31/00GK103513123SQ201210220803
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月28日 優(yōu)先權日:2012年6月28日
【發(fā)明者】王倩, 邢建輝, 卓越, 李 浩, 付俊華, 唐偉龍 申請人:西門子公司