[发明专利]一种反馈控制系统及其频率响应测量装置

说明书

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种反馈控制系统及其频率响应测量装置。

背景技术

反馈控制系统是指基于反馈原理而建立的自动控制系统，包括自动调节系统和伺服驱动系统。其中的伺服驱动系统是指能够精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统。随着交流电机控制理论的日臻成熟，交流伺服电机在微电子、计算机和电力电子等技术领域的发展，矢量控制及一些复杂的控制算法在工程应用上得以实现，从而使得交流伺服驱动系统在数控机床、机器人等领域得到了广泛的应用。

对于伺服驱动系统而言，闭环频率响应可以得到反映系统对给定值跟踪性能的系统带宽、反映系统相对稳定性的闭环幅频特性峰值、以及机械传动机构的谐振频率等反映系统性能的特征信息；在对伺服驱动系统进行调试和控制参数调整时，可以通过系统带宽和闭环幅频特性峰值来评价调整后效果。而开环频率响应可以得到剪切频率、稳定裕度等系统内部信息，便于分析限制系统性能提升的原因，对伺服驱动系统的开发及校正参数调整具有指导意义。因此，在伺服驱动系统中，得到系统的闭环频率响应与开环频率响应对于了解系统性能、确定系统控制策略均具有重要意义。

现有技术提供的伺服驱动系统的频率响应测量装置是利用频率分析仪或伺服分析仪实现对伺服驱动系统闭环频率响应的测量。然而，频率分析仪不具备对伺服驱动系统开环频率响应进行测量的功能，而伺服分析仪由于伺服驱动系统的接口参数难以获取，因而无法实现对反馈信号的测量，从而无法完成对伺服驱动系统开环频率响应的测量。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种反馈控制系统的频率响应测量装置，以解决现有技术提供的伺服驱动系统的频率响应测量装置利用频率分析仪或伺服分析仪实现对伺服驱动系统闭环频率响应的测量，无法测量系统开环频率响应的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种反馈控制系统，所述系统包括一反馈控制系统的频率响应测量装置，所述装置包括：

序列发生单元，用于在所述反馈控制系统的给定值为固定值时，产生并输出序列信号；

连接在所述反馈控制系统的第一比较单元和所述反馈控制系统的反馈检测单元之间的第二比较单元，用于将所述序列发生单元输出的所述序列信号与所述反馈检测单元输出的反馈信号进行比较，并输出第二偏差值；

频率响应计算单元，用于采集所述反馈信号、序列信号以及所述反馈控制系统的输出值，并根据采集的所述反馈信号和序列信号计算所述第二偏差值，之后根据计算得到的所述第二偏差值和反馈信号计算得到所述反馈控制系统的开环频率响应。

所述频率响应计算单元根据计算得到的所述第二偏差值和反馈信号计算得到所述反馈控制系统的开环频率响应具体可以包括以下步骤：

所述频率响应计算单元将计算得到的所述第二偏差值和反馈信号分别均分为N段，N为自然数，且N≥2，每一段均为所述序列信号的一个循环周期；

对每一段所述第二偏差值和反馈信号分别进行加窗傅里叶变换；

分别计算每一段所述第二偏差值的自功率谱估计和每一段所述第二偏差值和反馈信号的互功率谱估计；

根据计算得到的每一段所述第二偏差值的自功率谱估计，计算N段所述第二偏差值的自功率谱均值，并根据计算得到的每一段所述第二偏差值和反馈信号的互功率谱估计，计算N段所述第二偏差值和反馈信号的互功率谱均值；

根据计算得到的所述第二偏差值的自功率谱均值和所述第二偏差值和反馈信号的互功率谱均值，计算得到所述第二偏差值与反馈信号之间的频率响应，即为所述反馈控制系统的开环频率响应。

所述根据计算得到的所述第二偏差值的自功率谱均值和所述第二偏差值和反馈信号的互功率谱均值，计算得到所述第二偏差值与反馈信号之间的频率响应的步骤可以表示为：