一、性能指標
伺服系統的控制性能,體現在其穩定性、準確性、快速性等方面,即轉矩控制性能、轉速控制性能和位置控制性能。具體的特性指標,根據國家標準,可以從伺服系統的穩態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能來(lái)劃分。常見(jiàn)動(dòng)態(tài)性能指標包括超調量、峰值時(shí)間、上升時(shí)間、調整時(shí)間、下降時(shí)間、頻帶寬度、諧振峰值、振蕩次數等,而穩態(tài)指標則包括定位精度、速度和轉矩的穩態(tài)平均誤差、轉速和轉矩波動(dòng)系數等。而在控制理論中,這些指標又分別屬于時(shí)域和頻域指標,它們和常見(jiàn)的典型運動(dòng)方式相對應,如階躍響應、方波響應、正弦響應等。
二、特性測試方法
(1)主要測試內容
根據伺服系統的性能指標分類(lèi),可以從時(shí)域和頻域完成特性測試,這是評價(jià)一個(gè)控制系統性能最基本的兩個(gè)方面。伺服控制系統是由位置環(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(gè)環(huán)為對象,激勵信號在伺服驅動(dòng)器內部以三環(huán)指令的形式輸入。
(2)時(shí)域特性測試
時(shí)域特性是一個(gè)控制系統性能最直觀(guān)的體現,一般通過(guò)典型的激勵信號激勵,由測得的響應曲線(xiàn)分析控制系統的穩態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。常用的3種典型的時(shí)域測試方法有:
①階躍測試。通過(guò)階躍響應,可以得到控制對象的基本動(dòng)態(tài)和穩態(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(guò)方波響應得到伺服系統的其它性能,如剛度性能,穩定性能以及抗噪音能力。方波激勵還可以用于電機慣量辨識、系統頻率特性測試等。特別是在電流環(huán)中,為了保證在轉矩控制模式下電機不會(huì )超速,常用方波信號代替階躍信號進(jìn)行時(shí)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(guò)程,可以利用其加減速斜率來(lái)限制伺服電機的輸出轉矩和輸出功率。
(3)頻域特性測試
頻域特性測試不僅能反映出控制系統的穩態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,還能反映系統的穩定裕度。測試原理比較簡(jiǎn)單,采用數字式頻響測試方式,將激勵信號輸入被測系統使其按固定軌跡運行,并采樣輸入、響應信號,再對輸入和響應信號數據作分析(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)幅值比和相位差數據擬合并簡(jiǎn)單濾波就能基本得到系統的頻率特性曲線(xiàn)。試驗中,這些操作由測試平臺自動(dòng)完成。