頻率響應(yīng)測定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在工作機械等裝置中對頻率響應(yīng)進行測定的頻率響應(yīng)測定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在以工作機械為代表的工業(yè)用途的機械中，為了對機械系統(tǒng)的狀態(tài)進行診斷、或 掌握振動特性，對作為控制對象的機械系統(tǒng)的頻率響應(yīng)進行測定。另外，在進行伺服系統(tǒng)的 調(diào)整時，也對速度環(huán)（loop)、位置環(huán)等控制環(huán)的頻率響應(yīng)進行測定。頻率響應(yīng)是相對于賦予 了特定頻率的輸入信號的情況下的輸出信號，輸入信號與輸出信號之間的振幅之比和相位 差，利用頻率和振幅比（增益）之間以及頻率和相位之間的關(guān)系進行表示。
[0003] 在對頻率響應(yīng)進行測定時，當(dāng)前是賦予正弦波狀的輸入信號，對要輸入的正弦波 的頻率依次進行變更，對每個頻率下的增益及相位進行測定，但該方法是使輸入信號的頻 率不斷逐漸地改變而不斷對輸出信號進行測定的方法，存在下述問題，即，頻率響應(yīng)的測定 需要大量時間。
[0004] 因此，例如如專利文獻1所示，公開了下述方法，S卩，通過將白噪聲作為輸入信號， 將作為速度指令而賦予白噪聲時所產(chǎn)生的速度作為輸出數(shù)據(jù)進行采樣，對得到的速度指令 和速度數(shù)據(jù)進行傅立葉變換，從而求出從速度指令至產(chǎn)生速度為止的頻率響應(yīng)特性。由于 理想的白噪聲是包含所有頻率成分在內(nèi)的信號，因此能夠以較短的測定時間，對所有頻率 區(qū)域中的頻率響應(yīng)進行測定。作為實用的白噪聲，使用稱為Μ系列信號的偽隨機信號等。
[0005] 專利文獻1:日本特開2000 - 278990號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 但是，在專利文獻1中，對施加白噪聲而實施機械系統(tǒng)的激振時的機械系統(tǒng)的響 應(yīng)波形（例如速度反饋數(shù)據(jù)）進行測定，但在機械系統(tǒng)中存在摩擦等干擾因素的情況下，存 在下述問題，即，即使賦予白噪聲，機械系統(tǒng)也不充分地進行激振，不能正確地求出頻率響 應(yīng)。特別地，由于機械系統(tǒng)的摩擦，低頻區(qū)域的響應(yīng)性變差，不能正確地求出低頻區(qū)域的頻 率響應(yīng)。
[0007] 具體地說，在對從扭矩至速度反饋為止的頻率響應(yīng)進行測定的情況下，如果是機 械系統(tǒng)能夠近似為剛性系統(tǒng)的情況，則在低頻區(qū)域的頻率響應(yīng)中，增益線圖應(yīng)該成為一 20dB/dec的直線狀，相位線圖應(yīng)該恒定為大致一90°。與此相對，在由于摩擦的影響，低頻 區(qū)域未能充分地進行激振的情況下，由于視為輸出相對于輸入未充分地進行響應(yīng)，因此在 該區(qū)域中，增益變得小于原本的值，相位成為接近于0°的值。
[0008] 如上所述，如果不能正確地求出頻率響應(yīng)測定結(jié)果，則例如在對低頻區(qū)域的增益 的值進行讀取而對機械系統(tǒng)的慣量進行推定的情況下會產(chǎn)生較大的推定誤差，或者在對增 益線圖的峰值或相位線圖的變化進行讀取而對機械系統(tǒng)的共振頻率或衰減比進行推定等 情況下會推定出錯誤的值。并且，在為了控制系統(tǒng)的調(diào)整而對頻率響應(yīng)進行測定的情況下， 如果低頻區(qū)域的增益測定出的是比原本的值小的值，則產(chǎn)生下述問題，即，不能正確地求出 控制系統(tǒng)的頻帶，不能實現(xiàn)控制系統(tǒng)的增益調(diào)諧的適當(dāng)調(diào)整。
[0009] 本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于得到一種頻率響應(yīng)測定裝置，該 頻率響應(yīng)測定裝置在對受到摩擦等干擾的機械系統(tǒng)進行反饋控制的伺服系統(tǒng)中，能夠準確 且短時間地對控制對象或控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)進行測定。
[0010] 為了解決上述課題，實現(xiàn)目的，本發(fā)明的頻率響應(yīng)測定裝置測定對機械系統(tǒng)進行 反饋控制的伺服系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，該頻率響應(yīng)測定裝置的特征在于，具有：激振條件設(shè)定 部，其對多個不同的激振條件進行設(shè)定；激振執(zhí)行部，其利用所述不同的激振條件的激振信 號，對所述伺服系統(tǒng)執(zhí)行多次激振；以及頻率響應(yīng)運算部，其從進行了所述多次激振的所述 伺服系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，針對所述多次激振中的每一次激振，獲取識別輸入信號和識別輸 出信號的組，基于所述多次激振中的每一次激振的所述激振條件以及所述識別輸入信號和 所述識別輸出信號的組，對所述頻率響應(yīng)進行運算。
[0011] 發(fā)明的效果
[0012] 根據(jù)本發(fā)明所涉及的頻率響應(yīng)測定裝置，具有下述效果，S卩，通過使用以多個激振 振幅進行了激振時的激振數(shù)據(jù)，對頻率響應(yīng)進行運算，從而即使存在摩擦等干擾，也能夠測 定準確的頻率響應(yīng)。
【附圖說明】
[0013] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的頻率響應(yīng)測定裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0014]圖2是表示本發(fā)明的實施方式中的伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0015]圖3是表示本發(fā)明的實施方式中的機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0016]圖4是對本發(fā)明的實施方式中的頻率響應(yīng)測定的動作進行說明的流程圖。
[0017]圖5 - 1是表示本發(fā)明的實施方式1中的增益線圖的圖。
[0018] 圖5-2是表示本發(fā)明的實施方式1中的相位線圖的圖。
[0019]圖6 - 1是表示本發(fā)明的實施方式2中的增益線圖的圖。
[0020] 圖6 - 2是表示本發(fā)明的實施方式2中的相位線圖的圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面，基于附圖，對本發(fā)明所涉及的頻率響應(yīng)測定裝置的實施方式進行詳細說明。 此外，本發(fā)明不限定于本實施方式。
[0022] 實施方式1
[0023] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的頻率響應(yīng)測定裝置100的結(jié)構(gòu)的框圖。 頻率響應(yīng)測定裝置100具有激振條件設(shè)定部1、激振執(zhí)行部2、以及頻率響應(yīng)運算部10。頻 率響應(yīng)運算部10具有各次的頻率響應(yīng)運算部4及頻率響應(yīng)合成部5。頻率響應(yīng)測定裝置 100對伺服系統(tǒng)3的頻率響應(yīng)進行測定。
[0024] 激振條件設(shè)定部1對激振執(zhí)行部2中的激振信號的振幅進行設(shè)定，激振執(zhí)行 部2對所設(shè)定的激振振幅的激振信號進行輸出。從激振執(zhí)行部2輸出的激振信號向伺 服系統(tǒng)3輸入，在后述結(jié)構(gòu)的伺服系統(tǒng)3中執(zhí)行激振。激振時的伺服系統(tǒng)3內(nèi)部的識別 (identification)輸入信號和識別輸出信號向頻率響應(yīng)運算部10發(fā)送，對識別輸入信號 和識別輸出信號之間的頻率響應(yīng)進行運算，基于它們求出最終的頻率響應(yīng)，并進行輸出。
[0025] 在頻率響應(yīng)運算部10的內(nèi)部，根據(jù)多次進行的每一次激振中從伺服系統(tǒng)3輸入 的識別輸入信號和識別輸出信號，在各次的頻率響應(yīng)運算部4中對各次的頻率響應(yīng)進行運 算。這些各次的頻率響應(yīng)向頻率響應(yīng)合成部5輸入。頻率響應(yīng)合成部5基于從激振條件設(shè) 定部1輸入的各次的激振振幅，執(zhí)行根據(jù)各次的頻率響應(yīng)而對頻率響應(yīng)進行合成的運算， 對得到的頻率響應(yīng)進行輸出。
[0026] 下面，圖2是表示本發(fā)明的實施方式中的伺服系統(tǒng)3的結(jié)構(gòu)的框圖。伺服系統(tǒng)3 具有位置控制部31、速度控制部32、電動機33、以及負載34。負載34與電動機33連接，由 電動機33和負載34構(gòu)成機械系統(tǒng)30。伺服系統(tǒng)3由伺服系統(tǒng)位置控制環(huán)和速度控制環(huán)構(gòu) 成。
[0027]位置指令和電動機位置Θ之間的偏差向位置控制部31輸入，從位置控制部31的 輸出與激振信號Vin之和即速度指令中減去電動機速度v而對速度偏差e進行運算。速度 偏差e向速度控制部32輸入，在速度控制部32中對扭矩指令τ進行運算。按照該扭矩 指令τ，對電動機33進行驅(qū)動控制。此外，實際上在速度控制環(huán)的內(nèi)部存在扭矩控制部及 電力變換部，但由于其響應(yīng)非?？?，能夠忽略其響應(yīng)延遲，因此在圖2中也省略了記載。另 外，在位置控制部31的位置控制中使用比例控制，在速度控制部32的速度控制中使用比 例-積分控制。
[0028] 圖3是表示本實施方式中的機械系統(tǒng)30的結(jié)構(gòu)的圖。負載慣量54經(jīng)由軸53而 與伺服電動機51耦合，該伺服電動機51接收扭矩指令τ而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩。并且，作為位 置檢測器的旋轉(zhuǎn)編碼器52安裝于伺服電動機51，對伺服電動機51的位置（旋轉(zhuǎn)角度）進 行檢測并輸出。另外，通過對該位置進行微分運算，從而能夠得到電動機的速度V。
[0029] 下面，使用圖4的流程圖，對本實施方式中的頻率響應(yīng)測定的動作進行說明。首 先，激振條件設(shè)定部1對2種激振振幅&及Α2進行設(shè)定（圖4、步驟S1)。激振執(zhí)行部2生 成振幅為4的第1次激振信號Vinl、和振幅為A2的第2次激振信號Vin2。在本實施方式 中，激振振幅是單振幅，即，定義為從0至正或負的最大值為止的幅度。激振信號分別是Μ 系列信號（偽隨機信號），首先，按照Μ系列信號的生成算法，生成規(guī)定個數(shù)的一 1和1的2 值信號。然后，將激振振幅4與該2值信號相乘得到的信號作為第1次激振信號Vinl，將 激振振幅A2與該2值信號相乘得到的信號作為第2次激振信號Vin2。由于Μ系列信號