[发明专利]一种基于频域分析的伺服自调谐方法

说明书

本发明涉及数控伺服系统技术领域，尤其涉及一种基于频域分析的伺服自调谐方法，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，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。本发明通过频域分析方法获取系统惯量，避免了在时域中需要来回频繁运动的问题，通过频域分析方法搜寻最优控制参数，解决了在时域中搜寻最优参数时间长的问题。

技术领域

本发明涉及数控伺服系统技术领域，尤其涉及一种基于频域分析的伺服自调谐方法。

背景技术

现代工业技术的飞速进步推动了数控机床加工技术朝着高速度高精度化的方向不断发展。伺服系统是数控机床的重要组成部分，伺服控制性能的优化对于提高加工精度和生产效率起着至关重要的作用。

目前国外、国内的相关企业推出了具有控制自动调谐的伺服驱动器产品，但是这些产品的调谐流程基本是在时域中进行的，这样的话，在整个调谐过程中，伺服系统需要不停地进行往返运动，来确定最优控制参数。这种调谐方法有以下缺点：

①需要伺服系统来回往返运动，耗时比较长；

②在行程有限，或者在机械结构不允许伺服系统来回频繁运动的场合，局限性很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于频域分析的伺服自调谐方法，以解决上述背景技术中遇到的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于频域分析的伺服自调谐方法，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。

进一步的，采用的扫频信号为chirp信号。

进一步的，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。