[發明專利]一種測定機床伺服系統的控制性能的方法、裝置及系統

無效

• 申請號: 200810068136.0
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN101615023A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 高云峰;方強;肖永山;宋富民;雷群
• 申請（專利權）人: 深圳市大族激光科技股份有限公司;深圳市大族數控科技有限公司
• 主分類號: G05B19/406
• 分類號: G05B19/406
• 代理公司: 廣東國暉律師事務所
• 代理人: 歐陽啟明

技術領域

本發明涉及測試領域，尤其涉及一種測定機床伺服系統的控制性能的方法、裝置及系統。

背景技術

當前，隨著用戶對高速高精機床的要求的不斷提高，對機床制造業的機床加工效率和加工質量的要求也越來越高，然而國內機床制造業的總體水平還難以滿足用戶不斷增長的需求。造成國內機床制造業水平相對滯后的原因是多方面的，如機械設計、加工水平低，對新技術開發的投入較少，跨學科系統性研究水平還很落后等。

針對機床制造業的現狀，主要是客戶對高速高精機床的需求，某些機床生產廠家作了一些局部嘗試性改進。譬如在機械設計手段上引入了虛擬樣機技術和有限元分析技術；在衡量機械設計水平方面引入了模態分析技術；在控制系統方面成套引進國外先進制造業公司的技術，包括軟件系統、伺服驅動系統、電器系統等，甚至包括軟件和電器的調試。這些嘗試在一定程度上提高了機床的制造水平，然而其中的弊端也很突出，表現為以下幾個方面：采用國外技術，增加了機床制造和維護成本；國外技術應用單一、更新慢，難以應對國內市場的多樣化需求；孤立地提高機床某方面的設計水平，缺乏系統性提高機床整體設計水平的能力。

為了提高機床整體設計水平，首先必須具有衡量機床性能優劣的手段。傳統的手段是根據測量到的機床的響應來評判機床的性能，如定位精度、重復定位精度、跟隨誤差等，這種方法具有很大的局限性，不能揭示出機床伺服系統的固有特性，如穩定裕度、抗干擾性能、響應性能等。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種測定機床伺服系統的控制性能的方法、裝置及系統，能夠測定機床伺服系統的固有特性。

本發明實施例是這樣實現的，一種測定機床伺服系統的控制性能的方法，包括：加載激勵信號，驅動機床伺服系統；采集所述伺服系統的辨識數據；根據所采集的辨識數據辨識所述伺服系統的數學模型；根據所述數學模型分析所述機床伺服系統的控制性能參數。

本發明實施例還包括：一種測定機床伺服系統的控制性能的裝置，包括：數據采集單元，用于在被測機床伺服系統的工作過程中，采集所述機床伺服系統的辨識數據；模型辨識單元，用于根據所采集的辨識數據辨識所述伺服系統的數學模型；控制性能分析單元，用于根據所述數學模型分析所述伺服系統的控制性能參數。

本發明實施例還包括：一種測定機床伺服系統的控制性能的系統，包括：機床伺服系統，在所加載的激勵信號的作用下產生輸出響應；數據采集單元，用于在所述機床伺服系統的工作過程中，采集所述機床伺服系統的辨識數據；模型辨識單元，用于根據所采集的辨識數據辨識所述伺服系統的數學模型；控制性能分析單元，用于根據所述數學模型分析所述伺服系統的控制性能參數。

本發明實施例采用系統辨識和控制理論相結合的方法，根據采集的辨識數據辨識出機床伺服系統的數學模型，然后基于該數學模型分析出伺服辨識系統的控制性能參數，從而能夠測定機床伺服系統的固有特性參數。本發明實施例具有實施簡便、可操作性強、測試結果精確度高等優點。

附圖說明

圖1是本發明實施例測定機床伺服系統的控制性能的方法的流程圖；

圖2是本發明實施例測定機床伺服系統的控制性能的方法中正負方波激勵信號的示意圖；

圖3是本發明實施例測定機床伺服系統的控制性能的方法中伺服辨識系統架構的結構圖；

圖4是本發明實施例測定機床伺服系統的控制性能的方法中伺服系統的基本控制框圖；

圖5是本發明實施例測定機床伺服系統的控制性能的系統的結構圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明實施例采用的理論方法包括經典控制理論、系統辨識理論等。系統辨識理論用于辨識出機床伺服系統(包括位置控制器或CNC、伺服驅動器、伺服電機、機械傳動機構以及位置檢測元件等)的數學模型(如傳遞函數)；使用經典控制理論基于辨識出的數學模型分析出機床伺服系統的固有控制性能。

請參閱圖1，為本發明實施例測定機床伺服系統的控制性能的方法的流程圖。本實施例方法包括：

步驟100：加載激勵信號，驅動機床伺服系統。

為了使辨識出的數學模型充分體現出伺服系統的動態特性，可以使激勵信號包含各種頻率成分。由于正負方波具有涵蓋的頻率成分寬、幅值變換頻率低等優點，本實施例中可以采用如圖2所示的對稱正負方波作為激勵信號。其中，在設置正負方波的幅值、每拍時長和總時長時需要注意：