[发明专利]一种基于频域分析的伺服自调谐方法

权利要求书

1.一种基于频域分析的伺服自调谐方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过扫频获取机械频率特性曲线，获得负载惯量，分别将扫频信号输入到伺服系统中的速度环入口和位置环入口；

S2、通过扫频获取不同增益下的频率特性曲线，找到最优PM、GM对应的增益参数，确定该组参数为伺服系统参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于频域分析的伺服自调谐方法，其特征在于：在步骤S1和步骤S2中，采用的扫频信号为chirp信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于频域分析的伺服自调谐方法，其特征在于：在步骤S1中，首先列出电动机旋转转矩传递方程：

其中，T_m为电动机的转矩，Nm；CT为扭转弹性系数，Nm/rad；为电动机旋转角度，rad；为负载旋转角度，rad；Damp为机械阻尼系数，Nm/rad；ω_m为电动机的转速，rad/s；ω_L为负载的转速，rad/s；J_m为电动机的转动惯量，kgm²；α_m为电动机的角加速度，rad/s²；

其次，根据式(1)和式(2)，忽略负载转矩的影响，列出负载惯量旋转转矩方程：

其中，T_L为负载的转矩，Nm；J_L为负载的转动惯量，kgm²；α_L为负载的角加速度，rad/s²；其余参数同式(1)和式(2)所示；

再次，根据式(3)和式(4)，对负载惯量旋转转矩方程做拉普拉斯变换后得到负载位置和电动机位置的机械传递函数：

然后，参考电动机旋转转矩方程可以得到电动机转矩和电动机转矩的传递函数：

最后，根据式(7)分析传递函数G_Tω(s)的频率特性，令s＝jω，进行频率特性分析，获取机械频率特性曲线。

4.根据权利要求3所述的一种基于频域分析的伺服自调谐方法，其特征在于：所述机械频率特性曲线为机械特性波特图，其中，波特图的振幅量在低频段为通过机械特性波特图获取不同增益下的幅频特性。

5.根据权利要求3所述的一种基于频域分析的伺服自调谐方法，其特征在于：在进入扫频流程后，根据chirp信号的公式生成指令曲线，然后将指令曲线加入到G_Tω(s)信号输入口，同时采样保存G_Tω(s)输出口的变量；

最后，通过FFT分析输入信号即输出信号的数据，即可获取G_Tω(s)的频率特性；

假设输入输出信号分别用X(N)，Y(N)表示，则频率特性可用如下公式表示：

6.根据权利要求4所述的一种基于频域分析的伺服自调谐方法，其特征在于：通过实验获取伺服系统的机械特性的波特图，即可获取负载惯量。

7.根据权利要求5所述的一种基于频域分析的伺服自调谐方法，其特征在于：采用仿真参数J_m+J_L＝0.0008kgm²，通过波特图上幅频特性中的频率点373rad/s的振幅(10.5dB)来计算系统总的惯量，总负载惯量的方程式为：

8.根据权利要求1所述的一种基于频域分析的伺服自调谐方法，其特征在于：在步骤S2中，开环系统的相位响应特性曲线中闭环在增益穿越点大于-180°，幅值响应特性曲线在相位到达-180°的频率点原理0dB线时，获取相位裕量和增益裕量。