[发明专利]一种伺服系统的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟设计领域，尤其涉及伺服系统的设计方法。

背景技术

目前高速高精机械中广泛应用到伺服控制系统，然而国内伺服控制系统的设计和应用还停留在较低的水平，难以满足对高速高精机械的实际需求。伺服控制系统设计水平的滞后是其中最主要的因素。

传统的设计方法一般是根据设计人员的经验进行伺服控制系统的设计，制造出样机进行试验，测试其实际性能，如果性能符合要求再进行批量生产，如果不符合要求则重新进行设计，再次制造样机进行试验。显然传统的设计方法要花费大量的时间、人力和资金。

计算机仿真学的兴起，为提高伺服系统的设计提供了新的手段。现有技术中，可以将所设计的伺服系统的机械模型与控制模型相结合构建伺服系统的机电联合仿真模型来模拟真实的伺服系统。由于机械模型包含了一定的非线性环节，因此所建立的仿真模型仍然是非线性系统，在衡量所设计伺服系统的性能优劣时，通常是根据所测量到的仿真模型的响应(如稳态误差、跟随误差、超调量、调节时间等)来进行评价。然而，由于伺服系统仿真模型的响应不足以揭示其内在特性，因此根据其响应评价所设计的伺服系统也具有一定的局限性。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种伺服系统的设计方法，能够基于所设计伺服系统的仿真模型的内在特性进行伺服系统的设计。

一种伺服系统的设计方法，包括：

A、建立所设计伺服系统的机械模块与控制模块的协同仿真模型；

B、加载激励信号，驱动所述协同仿真模型；

C、采集所述伺服系统仿真模型的辨识数据；

D、根据所采集的辨识数据辨识所述伺服系统仿真模型的数学模型；

E、根据所述数学模型分析所述伺服系统仿真模型的控制性能参数。

其中，根据所述数学模型分析所述伺服系统仿真模型的控制性能参数后还包括：

判断所述控制性能参数是否符合设计要求，若是，则完成设计，若否，调整协同仿真模型的参数，重新执行B-E。

其中，根据所采集的辨识数据辨识所述伺服系统仿真模型的数学模型前还包括：对所采集的辨识数据进行滤波处理、重构处理、和/或去除趋势项处理。

其中，通过以下方式实现激励信号的加载：

利用信号编辑器模块编辑正负方波信号后连接到所述协同仿真模型的输入端上；或者，

通过信号输入模块与产生正负方波信号的外部变量关联后输入到所述协同仿真模型上。

其中，所述伺服系统仿真模型所辨识出的数学模型具体是伺服系统的闭环传递函数；

根据所述数学模型分析所述伺服系统仿真模型的控制性能参数具体包括：

根据辨识出的闭环传递函数，计算所述伺服系统仿真模型的开环传递函数；

根据所述闭环传递函数和开环传递函数，计算所述伺服系统仿真模型的频率响应；

根据所述频率响应计算所述伺服系统仿真模型的频率性能参数。

本发明实施例中，通过伺服系统的仿真模型来模拟真实的伺服系统，并采用系统辨识和控制理论相结合的方法，根据采集的伺服系统仿真模型的辨识数据辨识出伺服系统仿真模型的数学模型，然后基于该数学模型分析出伺服系统的控制性能参数，从而使得本发明实施例能够基于所设计的仿真模型的内在特性进行伺服系统的设计。

附图说明

图1是本发明伺服系统的设计方法实施例的流程图；

图2是本发明实施例中伺服系统的示例图；

图3是本发明实施例中正负方波激励信号的示意图；

图4是本发明实施例中伺服系统仿真模型的示例图；

图5是本发明实施例中伺服系统仿真模型的基本控制框图；

图6是本发明实施例中六头数控钻机动态精度分析虚拟样机模型图；

图7是本发明实施例中建立的协同仿真虚拟样机模型图；

图8是本发明实施例中在Signal Builder模块中绘制的正负方波曲线示意图；

图9是本发明实施例中辨识伺服系统仿真模型的闭环传递函数的流程图；

图10是本发明实施例中计算伺服系统仿真模型的频率特性的流程图。

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伺服系统的数学模型(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伺服系统的内在固有性能(如稳定裕度、抗干扰性能、响应性能等)。