伺服系統(tǒng)特性測試方法

一、性能指標(biāo)

伺服系統(tǒng)的控制性能，體現(xiàn)在其穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性等方面，即轉(zhuǎn)矩控制性能、轉(zhuǎn)速控制性能和位置控制性能。具體的特性指標(biāo)，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，可以從伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能來劃分。常見動態(tài)性能指標(biāo)包括超調(diào)量、峰值時間、上升時間、調(diào)整時間、下降時間、頻帶寬度、諧振峰值、振蕩次數(shù)等，而穩(wěn)態(tài)指標(biāo)則包括定位精度、速度和轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)態(tài)平均誤差、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)等。而在控制理論中，這些指標(biāo)又分別屬于時域和頻域指標(biāo)，它們和常見的典型運(yùn)動方式相對應(yīng)，如階躍響應(yīng)、方波響應(yīng)、正弦響應(yīng)等。

二、特性測試方法

（1）主要測試內(nèi)容

根據(jù)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)分類，可以從時域和頻域完成特性測試，這是評價一個控制系統(tǒng)性能最基本的兩個方面。伺服控制系統(tǒng)是由位置環(huán)，速度環(huán)和電流環(huán)組成，因此伺服特性的測試主要以這三個環(huán)為對象，激勵信號在伺服驅(qū)動器內(nèi)部以三環(huán)指令的形式輸入。

（2）時域特性測試

時域特性是一個控制系統(tǒng)性能最直觀的體現(xiàn)，一般通過典型的激勵信號激勵，由測得的響應(yīng)曲線分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)特性。常用的3種典型的時域測試方法有：

①階躍測試。通過階躍響應(yīng)，可以得到控制對象的基本動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性。階躍信號一般可以作為位置環(huán)和速度環(huán)的激勵信號。

②方波測試。方波是一種頻率成分相對豐富的激勵信號，因此適用范圍相對較廣。除了具有階躍激勵的功效，還能通過方波響應(yīng)得到伺服系統(tǒng)的其它性能，如剛度性能，穩(wěn)定性能以及抗噪音能力。方波激勵還可以用于電機(jī)慣量辨識、系統(tǒng)頻率特性測試等。特別是在電流環(huán)中，為了保證在轉(zhuǎn)矩控制模式下電機(jī)不會超速，常用方波信號代替階躍信號進(jìn)行時域測試。

③梯形波測試。與前面兩種信號相比，梯形波信號的優(yōu)勢是具有加減速的過程，可以利用其加減速斜率來限制伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率。

（3）頻域特性測試

頻域特性測試不僅能反映出控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性，還能反映系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。測試原理比較簡單，采用數(shù)字式頻響測試方式，將激勵信號輸入被測系統(tǒng)使其按固定軌跡運(yùn)行，并采樣輸入、響應(yīng)信號，再對輸入和響應(yīng)信號數(shù)據(jù)作分析（FFT 算法、相關(guān)分析法、功率譜算法或者最小二乘擬合算法），得到一定數(shù)量的頻率點(diǎn)的幅值比和相位差，將這些頻率點(diǎn)幅值比和相位差數(shù)據(jù)擬合并簡單濾波就能基本得到系統(tǒng)的頻率特性曲線。試驗(yàn)中，這些操作由測試平臺自動完成。

編輯：黃飛