买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：武汉重型机床集团有限公司

摘要：本发明涉及一种多惯量伺服进给系统机械环节的惯量数和机械参数的辨识方法，包括以下步骤：第一步，通过查询伺服电机样本，得到伺服电机的转子转动惯量；若该电机轴上固定有小齿轮，应将小齿轮的转动惯量与电机样本的转动惯量相加，作为电机轴转动惯量的计算值。第二步，利用数控系统的伺服轴测试功能，得到“TM—ωM”传递函数G的测试Bode图，其中TM为电机轴转矩、ωM为电机轴转速。第三步，确定惯量线和惯量数n。第四步，从测试Bode图中采集2n‑1个关键点的频率和幅值数据。第五步，求解n惯量系统的“TM—ωM”传递函数Gs。第六步，多惯量系统机械参数的辨识求解，包含6个小步骤，实现多惯量系统惯量、刚度、阻尼机械参数较准确的的辨识求解。

主权项：1.多惯量伺服进给系统机械环节的惯量数和机械参数的辨识方法，包括以下步骤：第一步，通过查询伺服电机样本，得到伺服电机的转子转动惯量；若该电机轴上固定有小齿轮，应将小齿轮的转动惯量与电机样本的转动惯量相加，作为电机轴转动惯量的计算值；以电机样本的转子转动惯量作为电机轴转动惯量的近似计算值，待后续辨识得到其准确值；第二步，利用数控系统的伺服轴测试功能，得到n惯量系统“TM—ωM”传递函数G的测试Bode图，该图由幅频特性图和相频特性图组成，n为惯量数，是大于等于1的正整数；其中n惯量系统由电机轴惯量JM、传动轴1、等效惯量J1、传动轴2、等效惯量J2、...、传动轴n-1、等效惯量Jn-1串联组成；传动轴ii＝1,2,...,n-1的等效扭转刚度和等效阻尼分别为ci和bi，所有n-1个传动轴均假设无质量，传动轴i传递的转矩为Tsi；TM为电机轴转矩，ωM为电机轴转速，ωi为等效惯量Ji的转速；n惯量系统传递函数G的Bode图幅频特性图有n-1对反谐振点和谐振点；n-1个反谐振点对应幅频特性图的n-1个最小极值点，按频率排序从高到低依次为反谐振点1、反谐振点2、...、反谐振点n-1，反谐振点i的频率值为fkii＝1,...,n-1；n-1个谐振点对应幅频特性图的n-1个最大极值点，按频率排序从高到低依次为谐振点1、谐振点2、...、谐振点n-1，谐振点i的频率值为frii＝1,...,n-1；每对谐振点、反谐振点左右两边的平行的-20dBdec斜线与惯量有关，该-20dBdec斜线共有n个，称这个-20dBdec斜线为惯量线，这n个惯量线沿Bode图幅频特性图频率轴的反向频率从高到低依次称为惯量线0、惯量线1、...、惯量线n-1；惯量线0与电机轴惯量有关，即在惯量线0上取一点f1,y1，其中y1为该点以dB表示的传递函数G的幅值，f1为该点的频率，则电机轴惯量惯量线n-1与总惯量有关，即在惯量线n-1上取一点f2,y2，其中y2为该点以dB表示的传递函数G的幅值，f2为该点的频率Hz，则总惯量单惯量系统n＝1，幅频特性图只有1条-20dBdec斜线，即惯量线0，没有谐振点和反谐振点；第三步，确定惯量线和惯量数n在上述“TM—ωM”传递函数G的测试Bode图的幅频特性图中，选择对应惯量等于或略大于伺服电机样本中转子转动惯量的惯量线作为电机轴惯量线，从该电机轴惯量线开始往频率轴左边寻找-20dBdec斜率的惯量线数量，若找到m个惯量线，则惯量数n＝m+1，从右往左惯量线分别为惯量线0、惯量线1、...、惯量线m；若没有找到，即m＝0，则为单惯量系统，惯量数n＝1，单惯量系统的机械参数只有一个惯量，没有刚度和阻尼；第四步，从测试Bode图中采集2n-1个关键点的频率和幅值数据从测试Bode图的幅频特性图中得到反谐振点频率fki和谐振点频率frii＝1,...,n-1，以及以dB表示的反谐振点频率fki处的G幅值yki、谐振点频率fri处的G幅值yrii＝1,...,n-1；同时，在幅频特性图中任选一个惯量线，在该惯量线上任选择一点，取得该点的频率f和幅值y；对于单惯量系统，本步仅需从测试Bode图的幅频特性图中获取惯量线0上任意一点的频率f和幅值y；第五步，求解n惯量系统的“TM—ωM”传递函数Gs1若n＝1，为单惯量系统，系统只有一个惯量JM，没有刚度和阻尼参数，根据拉普拉斯变换式TM＝JMωMs，直接得到2若n≠1，即n为大于1的正整数，则为多惯量系统，从传动链最终端开始，向电机轴逐层解算，按如下步骤a～f计算传递函数Gs；为便于程序化说明，步骤中出现的ω0为电机轴转速ωM，ω0为电机轴转速ωM的拉普拉斯变换；a令循环变量i＝n-1；b若i＝n-1，即对传动链最终端进行解算，转c；否则转e；c对多惯量系统传动链最终端的传动轴n-1和等效惯量Jn-1建立动力学方程并进行拉普拉斯变换，得到下式 式中，TSn-1为传动轴n-1传递的转矩TSn-1的拉普拉斯变换，ωn-1为传动轴n-1的转速ωn-1的拉普拉斯变换，Jn-1为传动轴n-1的等效惯量，s为拉普拉斯变换的复变量，bn-1为传动轴n-1的阻尼，cn-1为传动轴n-1的扭转刚度；该式可转换为如下方程 求解ωn-2可得到 为便于程序化说明，设一带下标系数gi，该系数的下标i为循环变量i；本步中，取得到ωi-1＝ωn-2＝gi-1ωn-1＝gn-2ωn-1为便于程序化说明，设一带下标系数hi，该系数的下标i为循环变量i；本步中，取hi＝hn-1＝Jn-1，得下式TSi＝TSn-1＝hiωn-1s＝hn-1ωn-1sd若循环变量i＝1，转f；否则i＝i-1后转e；e对传动轴i和等效惯量Ji建立动力学方程并进行拉普拉斯变换，得到下式，列出拉普拉斯变换式 式中，TSi+1为传动轴i+1传递的转矩TSi+1的拉普拉斯变换，TSi为传动轴i传递的转矩TSi的拉普拉斯变换，bi和ci为分别为等效惯量Ji的扭转刚度和阻尼，ωi-1为传动轴i-1的转速ωi-1的拉普拉斯变换，ωi为传动轴i的转速ωi的拉普拉斯变换；前一步已得到ωi＝giωn-1，以及TSi+1＝hi+1ωn-1s，因此上式可改写为 令hi＝hi+1+Jigi，上式可再改写为 该式可转换为如下方程 求解ωi-1可得到 令 得到ωi-1＝gi-1ωn-1程序转b；f当i＝1时，ωM＝ω0＝g0ωn-1对电机轴惯量JM建立动力学方程并进行拉普拉斯变换，得到下式TM＝TS1+JMωMs式中，TM为电机轴传递的转矩TM的拉普拉斯变换；前面已得到TS1＝h1ωn-1s和ωM＝g0ωn-1，代入上式，得到TM＝h1ωn-1s+JMg0ωn-1s令h0＝h1+JMg0，上式可再改写为TM＝h0ωn-1s故“TM—ωM”传递函数Gs的计算结果为 第六步，多惯量系统机械参数的辨识求解对于单惯量系统，n＝1，根据第四步得到的f和y，可计算出电机轴转动惯量该惯量也是总惯量JTotal，机械参数辨识结束；如果惯量数n≠1，也即n1，则按照如下6个小步骤辨识求解1确定多惯量系统机械参数的初值，在惯量线jj＝0,1,...,n-1上取一点fj,yj，其中yj为以dB表示的幅频特性Bode图幅值，fj为该点的频率，则惯量线j对应的惯量为惯量初值为：JM＝J00，Ji＝J0,i-J0,i-1i＝1,2,...,n-1；刚度初值为：ci＝2πfki2Jii＝1,2,...,n-1，其中fki为第四步得到的反谐振点频率；阻尼bii＝1,2,...,n-1初值设为0或较小值；2将机械参数JM、Ji、cii＝1,2,...,n-1代入Gs，得到“TM—ωM”传递函数G的仿真Bode图的反谐振点频率值fkti和谐振点频率值frtii＝1,...,n-1，以及频率f处以dB表示的G幅值yt；fkti、frti、yt相比第四步中的fki、fri、y，下标多了符号t，表明fkti、frti、yt为仿真值；3以JM、Ji、cii＝1,2,...,n-1共2n-1个值为变量，构建如下非线性方程组 迭代求解后得到JM、Ji、cii＝1,2,...,n-1的较准确值；4将bii＝1,2,...,n-1的初值设为0或较小值；5将机械参数JM、Ji、ci、bii＝1,2,...,n-1代入Gs，得到“TM—ωM”传递函数G的迭代仿真Bode图以dB表示的反谐振点i所在的频率fki处的G幅值ykti、谐振点i所在的频率fri处的G幅值yrti；6以bii＝1,2,...,n-1共n-1个值为变量，构建如下非线性方程组yrti-ykti＝yri-ykii＝1,...,n-1迭代求解后得到bii＝1,2,...,n-1的较准确值；n≠1时的n惯量系统机械参数辨识结束。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 武汉重型机床集团有限公司 多惯量伺服进给系统机械环节的惯量数和机械参数的辨识方法