本發(fā)明涉及交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

在交流永磁伺服系統(tǒng)中，對電機定子電流進行矢量解耦之后，直軸電流表示電機電流的勵磁分量，交軸電流表示電機電流的轉(zhuǎn)矩分量，即交軸電流僅與電機的輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)，二者呈線性關(guān)系，而系統(tǒng)發(fā)生諧振時，轉(zhuǎn)矩又能直接的反應諧振的特征，因此分析電機的交軸電流，即可分析電機轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)特征，進而分析系統(tǒng)諧振時的頻率特征。大多數(shù)伺服系統(tǒng)諧振頻率的提取采用了離線的方式采集的，如掃頻法、脈沖響應法、白噪聲法等。就如掃頻法是通過掃頻的方式，使用一系列頻率離散的正弦信號作為分析對象的給定信號。再分別計算分析對象對于每個頻率點信號的幅值增益以及相角特性，即可獲得當前頻率下的系統(tǒng)響應特性。通過這一系列離散頻率正弦信號的分析，即可繪制出系統(tǒng)的幅頻特性曲線以及相頻特性曲線，即可得出伺服系統(tǒng)的固有頻率，即諧振頻率。

然而，使用掃頻法，每個頻率點都要注入一次正弦信號，并分析輸出信號相對于輸入信號的幅值增益以及相移，以便得出系統(tǒng)的頻率特性，缺點是它的運算時間長，運算量大，也不能做到實時性，并且一旦伺服系統(tǒng)的負載發(fā)生變化，其固有頻率也會發(fā)生相應的變化，則掃頻法之前得到的數(shù)據(jù)就不能適應新的情況，一旦系統(tǒng)發(fā)生諧振，相關(guān)的控制器也不能及時的得到調(diào)整去抑制諧振。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法及裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中伺服系統(tǒng)諧振頻率的提取方法運算時間長，運算量大，且缺乏實時性，一旦伺服系統(tǒng)的負載發(fā)生變化，不能及時適應、檢測出來的技術(shù)問題。

本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法，包括：

對電機的定子電流進行矢量解耦，獲取電機的交軸電流；

采用滑動DFT算法對交軸電流進行實時分析，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率。

可選地，采用滑動DFT算法對交軸電流進行實時分析，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率包括：

采用隨時間移動的且具有固定長度的窗口選擇待分析的交軸電流，并對交軸電流的對應的各個單元的幅值進行計算，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率。

可選地，采用隨時間移動的且具有固定長度的窗口選擇待分析的交軸電流，并對交軸電流的對應的各個單元的幅值進行計算，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率包括：

采用隨時間移動的且具有固定長度的窗口選擇待分析的交軸電流，并對交軸電流的對應的各個單元的幅值通過預置第一公式進行計算，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率，預置第一公式具體為：

X_n(k)＝e^j2πk/N[X_n-1(k)+x(n)-x(n-N)]；

其中，X_n(k)為窗口n時刻第k頻點處的幅值，X_n-1(k)為窗口n-1時刻第k頻點處的幅值。

本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測裝置，包括：

解耦模塊，用于對電機的定子電流進行矢量解耦，獲取電機的交軸電流；

分析模塊，用于采用滑動DFT算法對交軸電流進行實時分析，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率。

可選地，分析模塊包括：

計算單元，用于采用隨時間移動的且具有固定長度的窗口選擇待分析的交軸電流，并對交軸電流的對應的各個單元的幅值進行計算，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率。

可選地，計算單元包括：

計算子單元，用于采用隨時間移動的且具有固定長度的窗口選擇待分析的交軸電流，并對交軸電流的對應的各個單元的幅值通過預置第一公式進行計算，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率，預置第一公式具體為：

X_n(k)＝e^j2πk/N[X_n-1(k)+x(n)-x(n-N)]；

其中，X_n(k)為窗口n時刻第k頻點處的幅值，X_n-1(k)為窗口n-1時刻第k頻點處的幅值。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例提供了一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法及裝置，對電機的定子電流進行矢量解耦，獲取電機的交軸電流；采用滑動DFT算法對交軸電流進行實時分析，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率，本發(fā)明實施例中通過采用滑動DFT算法對交軸電流進行實時分析，即可分析電機轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)特征，進而分析系統(tǒng)諧振時的頻率特征，具備了能夠?qū)崟r檢測伺服系統(tǒng)諧振頻率特征的優(yōu)點，即無論負載如何變化，以及機械的老化導致的固有頻率變化，又不影響其工作，為下一步的伺服系統(tǒng)諧振抑制提供了關(guān)鍵的參數(shù)支持，并且采用滑動DFT算法比傳統(tǒng)的FFT算法的算法復雜度降低了，使其能更快的處理待分析的信號，解決了現(xiàn)有技術(shù)中伺服系統(tǒng)諧振頻率的提取方法運算時間長，運算量大，且缺乏實時性，一旦伺服系統(tǒng)的負載發(fā)生變化，不能及時適應、檢測出來的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法的一個實施例的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法的另一個實施例的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的滑動DFT原理圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法及裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中伺服系統(tǒng)諧振頻率的提取方法運算時間長，運算量大，且缺乏實時性，一旦伺服系統(tǒng)的負載發(fā)生變化，不能及時適應、檢測出來的技術(shù)問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法的一個實施例包括：

101、對電機的定子電流進行矢量解耦，獲取電機的交軸電流；

首先，對電機的定子電流進行矢量解耦，獲取到電機的交軸電流。

102、采用滑動DFT算法對交軸電流進行實時分析，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率。

在對電機的定子電流進行矢量解耦，獲取電機的交軸電流之后，采用滑動DFT算法對交軸電流進行實時分析，即可分析電機轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)特征，進而分析系統(tǒng)諧振時的頻率特征，獲取到電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率。

以上為對本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法的一個實施例進行的詳細描述，以下將對本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法的另一個實施例進行的詳細描述。

請參閱圖2，本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測方法的另一個實施例包括：

201、對電機的定子電流進行矢量解耦，獲取電機的交軸電流；

首先，對電機的定子電流進行矢量解耦，獲取到電機的交軸電流。

202、采用隨時間移動的且具有固定長度的窗口選擇待分析的交軸電流，并對交軸電流的對應的各個單元的幅值通過預置第一公式進行計算，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率，預置第一公式具體為：

X_n(k)＝e^j2πk/N[X_n-1(k)+x(n)-x(n-N)]；

其中，X_n(k)為窗口n時刻第k頻點處的幅值，X_n-1(k)為窗口n-1時刻第k頻點處的幅值。

在對電機的定子電流進行矢量解耦，獲取電機的交軸電流之后，采用隨時間移動的且具有固定長度的窗口選擇待分析的交軸電流，并對交軸電流的對應的各個單元的幅值通過預置第一公式進行計算，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率，預置第一公式具體為：

X_n(k)＝e^j2πk/N[X_n-1(k)+x(n)-x(n-N)]；

其中，X_n(k)為窗口n時刻第k頻點處的幅值，X_n-1(k)為窗口n-1時刻第k頻點處的幅值。

為便于理解，以下將對滑動DFT算法工作原理進行詳細的描述。

請參閱圖3，為本發(fā)明實施例提供的滑動DFT原理圖。如果要對兩個連續(xù)時刻的數(shù)據(jù)進行頻譜分析，采用傳統(tǒng)的FFT算法需要分別對前一時刻和后一時刻的N點數(shù)據(jù)分別作FFT運算，然后得到各頻率點的幅值。兩次計算是分開進行的，不存在任何聯(lián)系。但是如果把前后兩個時刻的數(shù)據(jù)進行比較就會發(fā)現(xiàn)，兩個時刻的窗口中N點的數(shù)據(jù)只有一個發(fā)生變化，其余的則完全相同。后一時刻的數(shù)據(jù)僅是在前一時刻的基礎上全部后移一位，最后一個數(shù)據(jù)點被擠出，將新來的數(shù)據(jù)點放在空出的第一位的位置。如果這兩個時刻不是連續(xù)的但是相差不多，那么窗口中的數(shù)據(jù)也僅僅只有幾個發(fā)生了變化，而其它的都還保持不變。兩個時刻窗口中的大部分數(shù)據(jù)都是一樣的，那么這兩個時刻的對應位置的頻率點的幅值之間也存在一定的關(guān)系。

x(n)為離散信號，則其DFT表達式為：

其中X(k)為經(jīng)變換后的信號的頻譜值。

假定在q時刻，窗口中的N點的數(shù)據(jù)樣本為：

x(q)＝{x(q-N+1),x(q-N+2),...,x(q-1),x(q)}(2)

對q時刻的采樣數(shù)據(jù)進行DFT分析，則第k頻點處的幅值為：

下面將重點推導在q+1時刻，滑動窗口中對應的第k頻點的幅值，以便從中找出前后兩個時刻同一頻點處幅值表達式之間的關(guān)系。

為了方便推導計算，將窗口中的數(shù)據(jù)的時間索引用q代替q-N+1，這樣在q時刻，滑動窗口中的N個數(shù)據(jù)可以表示為：

x(q)＝{x(q),x(q+1),...,x(q+N-2),x(q+N-1)} (4)

那么在q時刻，窗口中第k頻點處的幅值可以重新寫為：

在q+1時刻，第K頻點處的幅值為：

在上式中，令p＝n+1，得：

將上式加和項進行拆分得：

提出因子e^j2π/N得：

由于e^-j2πNk/N＝e^-j2πk＝1，所以上式可以進一步簡寫為：

即：

這時便找到了前后兩個時刻同一頻率單元的幅值存在的遞推關(guān)系式，前面改變了窗口數(shù)據(jù)的時間索引，現(xiàn)將時間索引q還原回原來的q-N+1得：

X_q(k)＝e^j2πk/N[X_q-1(k)+x(q)-x(q-N)] (12)

為了遞推表達式的一致，將式(12)中的索引q用n來代替，即可得到滑DFT算法的最后的遞推關(guān)系式：

X_n(k)＝e^j2πk/N[X_n-1(k)+x(n)-x(n-N)] (13)

由(13)式可以看出，要計算滑動窗口中同一頻點的下一時刻幅值X_n(k)，只需要將這個點處上一時刻的X_n-1(k)值加上新采入的數(shù)據(jù)值減去剛舍棄的數(shù)據(jù)值，再將得到的結(jié)果與因子e^j2πkN相乘即可。其中算法的初始值可以通過FFT算法得到。

對兩種算法的運算量作一下比較，乘法運算相對于加法運算來說在計算機中的實現(xiàn)更為復雜，是影響計算機運算速度的主要因素，主要對比兩種算法完成同樣的任務所需要的乘法次數(shù)。

由滑動DFT算法的遞推表達式可以看出，在前一時刻的幅值已知的情況下，計算出下一時刻全部的頻率點的幅值總共需要N次乘法。而FFT算法完成同樣的任務需要次乘法。將兩者一比，可見完成相同的任務采用FFT的方法所需要的計算量是采用滑動DFT方法的倍。特別地，當采樣點數(shù)N比較大時，采用滑動DFT算法所節(jié)省的運算量將非常大。

以上為對本發(fā)明實施例提供的滑動DFT算法工作原理進行詳細的描述，以下將對本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測裝置進行詳細的描述。

請參閱圖4，本發(fā)明實施例提供的一種交流伺服系統(tǒng)諧振頻率檢測裝置包括：

解耦模塊301，用于對電機的定子電流進行矢量解耦，獲取電機的交軸電流；

分析模塊302，用于采用滑動DFT算法對交軸電流進行實時分析，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率；分析模塊302包括：

計算單元3021，用于采用隨時間移動的且具有固定長度的窗口選擇待分析的交軸電流，并對交軸電流的對應的各個單元的幅值進行計算，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率。計算單元3021包括：

計算子單元30211，用于采用隨時間移動的且具有固定長度的窗口選擇待分析的交軸電流，并對交軸電流的對應的各個單元的幅值通過預置第一公式進行計算，獲取電機的交流伺服系統(tǒng)諧振頻率，預置第一公式具體為：

X_n(k)＝e^j2πk/N[X_n-1(k)+x(n)-x(n-N)]；

其中，X_n(k)為窗口n時刻第k頻點處的幅值，X_n-1(k)為窗口n-1時刻第k頻點處的幅值。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統(tǒng)，裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。