[发明专利]一种测定机床伺服系统的控制性能的方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及测试领域，尤其涉及一种测定机床伺服系统的控制性能的方法、装置及系统。

背景技术

当前，随着用户对高速高精机床的要求的不断提高，对机床制造业的机床加工效率和加工质量的要求也越来越高，然而国内机床制造业的总体水平还难以满足用户不断增长的需求。造成国内机床制造业水平相对滞后的原因是多方面的，如机械设计、加工水平低，对新技术开发的投入较少，跨学科系统性研究水平还很落后等。

针对机床制造业的现状，主要是客户对高速高精机床的需求，某些机床生产厂家作了一些局部尝试性改进。譬如在机械设计手段上引入了虚拟样机技术和有限元分析技术；在衡量机械设计水平方面引入了模态分析技术；在控制系统方面成套引进国外先进制造业公司的技术，包括软件系统、伺服驱动系统、电器系统等，甚至包括软件和电器的调试。这些尝试在一定程度上提高了机床的制造水平，然而其中的弊端也很突出，表现为以下几个方面：采用国外技术，增加了机床制造和维护成本；国外技术应用单一、更新慢，难以应对国内市场的多样化需求；孤立地提高机床某方面的设计水平，缺乏系统性提高机床整体设计水平的能力。

为了提高机床整体设计水平，首先必须具有衡量机床性能优劣的手段。传统的手段是根据测量到的机床的响应来评判机床的性能，如定位精度、重复定位精度、跟随误差等，这种方法具有很大的局限性，不能揭示出机床伺服系统的固有特性，如稳定裕度、抗干扰性能、响应性能等。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种测定机床伺服系统的控制性能的方法、装置及系统，能够测定机床伺服系统的固有特性。

本发明实施例是这样实现的，一种测定机床伺服系统的控制性能的方法，包括：加载激励信号，驱动机床伺服系统；采集所述伺服系统的辨识数据；根据所采集的辨识数据辨识所述伺服系统的数学模型；根据所述数学模型分析所述机床伺服系统的控制性能参数。

本发明实施例还包括：一种测定机床伺服系统的控制性能的装置，包括：数据采集单元，用于在被测机床伺服系统的工作过程中，采集所述机床伺服系统的辨识数据；模型辨识单元，用于根据所采集的辨识数据辨识所述伺服系统的数学模型；控制性能分析单元，用于根据所述数学模型分析所述伺服系统的控制性能参数。

本发明实施例还包括：一种测定机床伺服系统的控制性能的系统，包括：机床伺服系统，在所加载的激励信号的作用下产生输出响应；数据采集单元，用于在所述机床伺服系统的工作过程中，采集所述机床伺服系统的辨识数据；模型辨识单元，用于根据所采集的辨识数据辨识所述伺服系统的数学模型；控制性能分析单元，用于根据所述数学模型分析所述伺服系统的控制性能参数。

本发明实施例采用系统辨识和控制理论相结合的方法，根据采集的辨识数据辨识出机床伺服系统的数学模型，然后基于该数学模型分析出伺服辨识系统的控制性能参数，从而能够测定机床伺服系统的固有特性参数。本发明实施例具有实施简便、可操作性强、测试结果精确度高等优点。

附图说明

图1是本发明实施例测定机床伺服系统的控制性能的方法的流程图；

图2是本发明实施例测定机床伺服系统的控制性能的方法中正负方波激励信号的示意图；

图3是本发明实施例测定机床伺服系统的控制性能的方法中伺服辨识系统架构的结构图；

图4是本发明实施例测定机床伺服系统的控制性能的方法中伺服系统的基本控制框图；

图5是本发明实施例测定机床伺服系统的控制性能的系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例采用的理论方法包括经典控制理论、系统辨识理论等。系统辨识理论用于辨识出机床伺服系统(包括位置控制器或CNC、伺服驱动器、伺服电机、机械传动机构以及位置检测元件等)的数学模型(如传递函数)；使用经典控制理论基于辨识出的数学模型分析出机床伺服系统的固有控制性能。

请参阅图1，为本发明实施例测定机床伺服系统的控制性能的方法的流程图。本实施例方法包括：

步骤100：加载激励信号，驱动机床伺服系统。

为了使辨识出的数学模型充分体现出伺服系统的动态特性，可以使激励信号包含各种频率成分。由于正负方波具有涵盖的频率成分宽、幅值变换频率低等优点，本实施例中可以采用如图2所示的对称正负方波作为激励信号。其中，在设置正负方波的幅值、每拍时长和总时长时需要注意：