專利名稱：一種反饋控制系統(tǒng)及其頻率響應測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于自動控制技術領域，尤其涉及一種反饋控制系統(tǒng)及其頻率響應測量裝置。
背景技術：
反饋控制系統(tǒng)是指基于反饋原理而建立的自動控制系統(tǒng)，包括自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)。其中的伺服驅(qū)動系統(tǒng)是指能夠精確地跟隨或復現(xiàn)某種過程的反饋控制系統(tǒng)。隨著交流電機控制理論的日臻成熟，交流伺服電機在微電子、計算機和電力電子等技術領域的發(fā)展，矢量控制及一些復雜的控制算法在工程應用上得以實現(xiàn)，從而使得交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)在數(shù)控機床、機器人等領域得到了廣泛的應用。 對于伺服驅(qū)動系統(tǒng)而言，閉環(huán)頻率響應可以得到反映系統(tǒng)對給定值跟蹤性能的系統(tǒng)帶寬、反映系統(tǒng)相對穩(wěn)定性的閉環(huán)幅頻特性峰值、以及機械傳動機構的諧振頻率等反映系統(tǒng)性能的特征信息；在對伺服驅(qū)動系統(tǒng)進行調(diào)試和控制參數(shù)調(diào)整時，可以通過系統(tǒng)帶寬和閉環(huán)幅頻特性峰值來評價調(diào)整后效果。而開環(huán)頻率響應可以得到剪切頻率、穩(wěn)定裕度等系統(tǒng)內(nèi)部信息，便于分析限制系統(tǒng)性能提升的原因，對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)及校正參數(shù)調(diào)整具有指導意義。因此，在伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，得到系統(tǒng)的閉環(huán)頻率響應與開環(huán)頻率響應對于了解系統(tǒng)性能、確定系統(tǒng)控制策略均具有重要意義?，F(xiàn)有技術提供的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的頻率響應測量裝置是利用頻率分析儀或伺服分析儀實現(xiàn)對伺服驅(qū)動系統(tǒng)閉環(huán)頻率響應的測量。然而，頻率分析儀不具備對伺服驅(qū)動系統(tǒng)開環(huán)頻率響應進行測量的功能，而伺服分析儀由于伺服驅(qū)動系統(tǒng)的接口參數(shù)難以獲取，因而無法實現(xiàn)對反饋信號的測量，從而無法完成對伺服驅(qū)動系統(tǒng)開環(huán)頻率響應的測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例的目的在于提供一種反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置，以解決現(xiàn)有技術提供的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的頻率響應測量裝置利用頻率分析儀或伺服分析儀實現(xiàn)對伺服驅(qū)動系統(tǒng)閉環(huán)頻率響應的測量，無法測量系統(tǒng)開環(huán)頻率響應的問題。本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種反饋控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置，所述裝置包括序列發(fā)生單元，用于在所述反饋控制系統(tǒng)的給定值為固定值時，產(chǎn)生并輸出序列信號;連接在所述反饋控制系統(tǒng)的第一比較單元和所述反饋控制系統(tǒng)的反饋檢測單元之間的第二比較單元，用于將所述序列發(fā)生單元輸出的所述序列信號與所述反饋檢測單元輸出的反饋信號進行比較，并輸出第二偏差值；頻率響應計算單元，用于采集所述反饋信號、序列信號以及所述反饋控制系統(tǒng)的輸出值，并根據(jù)采集的所述反饋信號和序列信號計算所述第二偏差值，之后根據(jù)計算得到的所述第二偏差值和反饋信號計算得到所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。
所述頻率響應計算單元根據(jù)計算得到的所述第二偏差值和反饋信號計算得到所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應具體可以包括以下步驟所述頻率響應計算單元將計算得到的所述第二偏差值和反饋信號分別均分為N段，N為自然數(shù)，且N > 2，每一段均為所述序列信號的一個循環(huán)周期；對每一段所述第二偏差值和反饋信號分別進行加窗傅里葉變換；分別計算每一段所述第二偏差值的自功率譜估計和每一段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜估計；根據(jù)計算得到的每一段所述第二偏差值的自功率譜估計，計算N段所述第二偏差值的自功率譜均值，并根據(jù)計算得到的每一段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜估計，計算N段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值； 根據(jù)計算得到的所述第二偏差值的自功率譜均值和所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值，計算得到所述第二偏差值與反饋信號之間的頻率響應，即為所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。所述根據(jù)計算得到的所述第二偏差值的自功率譜均值和所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值，計算得到所述第二偏差值與反饋信號之間的頻率響應的步驟可以表示為Gab (jo) =
^a(P)其中，又5(_/+0)為所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值，又(0)為所述第二偏差值的自功率譜均值，GAB(j )為所述第二偏差值與反饋信號之間的頻率響應。所述頻率響應計算單元還可以用于根據(jù)所述序列信號和采集的輸出值，計算得到所述反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率響應。所述反饋控制系統(tǒng)可以是伺服驅(qū)動系統(tǒng)，所述頻率響應計算單元可以包括信號采集模塊，用于采集反饋信號、序列信號以及輸出值；計算模塊，用于根據(jù)所述信號采集模塊采集的所述反饋信號和序列信號計算所述
第二偏差值；開環(huán)頻率響應計算模塊，用于根據(jù)所述計算模塊計算得到的所述第二偏差值和所述信號采集模塊采集的所述反饋信號，計算得到所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。本發(fā)明還提供了一種反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置，所述裝置包括序列發(fā)生單元，用于在反饋控制系統(tǒng)的給定值為固定值時，產(chǎn)生并輸出序列信號;連接在反饋控制系統(tǒng)的第一比較單元和反饋控制系統(tǒng)的反饋檢測單元之間的第二比較單元，用于將所述序列發(fā)生單元輸出的所述序列信號與所述反饋檢測單元輸出的反饋信號進行比較，并輸出第二偏差值；頻率響應計算單元，用于采集所述反饋信號、序列信號以及所述反饋控制系統(tǒng)的輸出值，并根據(jù)采集的所述反饋信號和序列信號計算所述第二偏差值，之后根據(jù)計算得到的所述第二偏差值和反饋信號計算得到所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。本發(fā)明還提供了一種如上所述的反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置的測量方法，所述方法包括以下步驟
序列發(fā)生單元生成預設時鐘周期和循環(huán)周期的序列信號，并在反饋控制系統(tǒng)的給定值為固定值時，產(chǎn)生并輸出序列信號；第二比較單元將序列發(fā)生單元輸出的所述序列信號與反饋檢測單元輸出的反饋信號進行比較，并輸出第二偏差值；頻率響應計算單元采集反饋信號、序列信號以及輸出值，并根據(jù)采集的反饋信號和序列信號計算第二偏差值，之后根據(jù)計算得到的第二偏差值和反饋信號計算得到反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。所述頻率響應計算單元根據(jù)計算得到的第二偏差值和反饋信號計算得到反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應的步驟可以包括以下步驟所述頻率響應計算單元將計算得到的所述第二偏差值和反饋信號分別均分為N 段，N為自然數(shù)，且N > 2，每一段均為所述序列信號的一個循環(huán)周期；對每一段所述第二偏差值和反饋信號分別進行加窗傅里葉變換；分別計算每一段所述第二偏差值的自功率譜估計和每一段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜估計；根據(jù)計算得到的每一段所述第二偏差值的自功率譜估計，計算N段所述第二偏差值的自功率譜均值，并根據(jù)計算得到的每一段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜估計，計算N段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值；根據(jù)計算得到的所述第二偏差值的自功率譜均值和所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值，計算得到所述第二偏差值與反饋信號之間的頻率響應，即為所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。所述根據(jù)計算得到的所述第二偏差值的自功率譜均值和所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值，計算得到所述第二偏差值與反饋信號之間的頻率響應的步驟可以表示為
權利要求
1.一種反饋控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括一反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置，所述裝置包括 序列發(fā)生單元，用于在所述反饋控制系統(tǒng)的給定值為固定值時，產(chǎn)生并輸出序列信號; 連接在所述反饋控制系統(tǒng)的第一比較單元和所述反饋控制系統(tǒng)的反饋檢測單元之間的第二比較單元，用于將所述序列發(fā)生單元輸出的所述序列信號與所述反饋檢測單元輸出的反饋信號進行比較，并輸出第二偏差值； 頻率響應計算單元，用于采集所述反饋信號、序列信號以及所述反饋控制系統(tǒng)的輸出值，并根據(jù)采集的所述反饋信號和序列信號計算所述第二偏差值，之后根據(jù)計算得到的所述第二偏差值和反饋信號計算得到所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。
2.如權利要求I所述的反饋控制系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率響應計算單元根據(jù)計算得到的所述第二偏差值和反饋信號計算得到所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應包括以下步驟 所述頻率響應計算單元將計算得到的所述第二偏差值和反饋信號分別均分為N段，N為自然數(shù)，且N > 2，每一段均為所述序列信號的一個循環(huán)周期； 對每一段所述第二偏差值和反饋信號分別進行加窗傅里葉變換； 分別計算每一段所述第二偏差值的自功率譜估計和每一段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜估計； 根據(jù)計算得到的每一段所述第二偏差值的自功率譜估計，計算N段所述第二偏差值的自功率譜均值，并根據(jù)計算得到的每一段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜估計，計算N段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值； 根據(jù)計算得到的所述第二偏差值的自功率譜均值和所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值，計算得到所述第二偏差值與反饋信號之間的頻率響應，即為所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。
3.如權利要求2所述的反饋控制系統(tǒng)，其特征在于，所述根據(jù)計算得到的所述第二偏差值的自功率譜均值和所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值，計算得到所述第二偏差值與反饋信號之間的頻率響應的步驟表示為
4.如權利要求I所述的反饋控制系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率響應計算單元還用于根據(jù)所述序列信號和采集的輸出值，計算得到所述反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率響應。
5.如權利要求I至3任一項所述的反饋控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋控制系統(tǒng)是伺服驅(qū)動系統(tǒng)，所述頻率響應計算單元包括 信號采集模塊，用于采集反饋信號、序列信號以及輸出值； 計算模塊，用于根據(jù)所述信號采集模塊采集的所述反饋信號和序列信號計算所述第二偏差值；開環(huán)頻率響應計算模塊，用于根據(jù)所述計算模塊計算得到的所述第二偏差值和所述信號采集模塊采集的所述反饋信號，計算得到所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。
6.一種反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置，其特征在于，所述裝置包括 序列發(fā)生單元，用于在反饋控制系統(tǒng)的給定值為固定值時，產(chǎn)生并輸出序列信號； 連接在反饋控制系統(tǒng)的第一比較單元和反饋控制系統(tǒng)的反饋檢測單元之間的第二比較單元，用于將所述序列發(fā)生單元輸出的所述序列信號與所述反饋檢測單元輸出的反饋信號進行比較，并輸出第二偏差值； 頻率響應計算單元，用于采集所述反饋信號、序列信號以及所述反饋控制系統(tǒng)的輸出值，并根據(jù)采集的所述反饋信號和序列信號計算所述第二偏差值，之后根據(jù)計算得到的所述第二偏差值和反饋信號計算得到所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。
7.—種如權利要求6所述的反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置的測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 序列發(fā)生單元生成預設時鐘周期和循環(huán)周期的序列信號，并在反饋控制系統(tǒng)的給定值為固定值時，產(chǎn)生并輸出序列信號； 第二比較單元將序列發(fā)生單元輸出的所述序列信號與反饋檢測單元輸出的反饋信號進行比較，并輸出第二偏差值； 頻率響應計算單元采集反饋信號、序列信號以及輸出值，并根據(jù)采集的反饋信號和序列信號計算第二偏差值，之后根據(jù)計算得到的第二偏差值和反饋信號計算得到反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。
8.如權利要求7所述的反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置的測量方法，其特征在于，所述頻率響應計算單元根據(jù)計算得到的第二偏差值和反饋信號計算得到反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應的步驟包括以下步驟 所述頻率響應計算單元將計算得到的所述第二偏差值和反饋信號分別均分為N段，N為自然數(shù)，且NS 2，每一段均為所述序列信號的一個循環(huán)周期； 對每一段所述第二偏差值和反饋信號分別進行加窗傅里葉變換； 分別計算每一段所述第二偏差值的自功率譜估計和每一段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜估計； 根據(jù)計算得到的每一段所述第二偏差值的自功率譜估計，計算N段所述第二偏差值的自功率譜均值，并根據(jù)計算得到的每一段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜估計，計算N段所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值； 根據(jù)計算得到的所述第二偏差值的自功率譜均值和所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值，計算得到所述第二偏差值與反饋信號之間的頻率響應，即為所述反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應。
9.如權利要求8所述的反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置的測量方法，其特征在于，所述根據(jù)計算得到的所述第二偏差值的自功率譜均值和所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值，計算得到所述第二偏差值與反饋信號之間的頻率響應的步驟表示為 其中，又β(_/+ω)為所述第二偏差值和反饋信號的互功率譜均值，又(ω)為所述第二偏差值的自功率譜均值，GAB(j )為所述第二偏差值與反饋信號之間的頻率響應。
10.如權利要求7所述的反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置的測量方法，其特征在于，所述方法在所述根據(jù)采集的反饋信號和序列信號計算第二偏差值的步驟之前或之后，還包括以下步驟 頻率響應計算單元將序列信號和采集的輸出值分別均分為N段，N為自然數(shù)，且N >2，每一段均為序列信號的一個循環(huán)周期； 對每一段序列信號和輸出值分別進行加窗傅里葉變換； 分別計算每一段序列信號的自功率譜估計和每一段序列信號和輸出值的互功率譜估計； 根據(jù)計算得到的每一段序列信號的自功率譜估計，計算N段序列信號的自功率譜均值，并根據(jù)計算得到的每一段序列信號和輸出值的互功率譜估計，計算N段序列信號和輸出值的互功率譜均值； 根據(jù)計算得到的序列信號的自功率譜均值以及序列信號和輸出值的互功率譜均值，計算得到序列信號和輸出值之間的頻率響應，即為反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率響應。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置，該反饋控制系統(tǒng)優(yōu)選為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，該裝置包括序列發(fā)生單元，用于產(chǎn)生并輸出序列信號；第二比較單元，用于將序列信號與反饋信號進行比較，并輸出第二偏差值；頻率響應計算單元，用于采集反饋信號、序列信號以及輸出值，并計算第二偏差值，之后根據(jù)第二偏差值和反饋信號計算開環(huán)頻率響應。由于該反饋控制系統(tǒng)在內(nèi)部集成設計有一反饋控制系統(tǒng)的頻率響應測量裝置，其通過向現(xiàn)有技術提供的反饋控制系統(tǒng)注入序列信號，并在系統(tǒng)內(nèi)部采集信號以計算系統(tǒng)開環(huán)頻率響應，避免了采用伺服分析儀從系統(tǒng)外部對系統(tǒng)進行測試時，由于接口參數(shù)難以獲取，因而無法完成對系統(tǒng)開環(huán)頻率響應進行測量的問題。
文檔編號G05B19/401GK102789192SQ201110127908
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權日2011年5月17日
發(fā)明者吳孔圣, 李作慶, 李俊, 李文慶, 江世琳, 王聲文, 王大偉, 王慶朋, 陳虎, 韓貴春 申請人:大連光洋科技工程有限公司