技術領域

本發明涉及虛擬設計領域，尤其涉及伺服系統的設計方法。

背景技術

目前高速高精機械中廣泛應用到伺服控制系統，然而國內伺服控制系統的設計和應用還停留在較低的水平，難以滿足對高速高精機械的實際需求。伺服控制系統設計水平的滯后是其中最主要的因素。

傳統的設計方法一般是根據設計人員的經驗進行伺服控制系統的設計，制造出樣機進行試驗，測試其實際性能，如果性能符合要求再進行批量生產，如果不符合要求則重新進行設計，再次制造樣機進行試驗。顯然傳統的設計方法要花費大量的時間、人力和資金。

計算機仿真學的興起，為提高伺服系統的設計提供了新的手段。現有技術中，可以將所設計的伺服系統的機械模型與控制模型相結合構建伺服系統的機電聯合仿真模型來模擬真實的伺服系統。由于機械模型包含了一定的非線性環節，因此所建立的仿真模型仍然是非線性系統，在衡量所設計伺服系統的性能優劣時，通常是根據所測量到的仿真模型的響應(如穩態誤差、跟隨誤差、超調量、調節時間等)來進行評價。然而，由于伺服系統仿真模型的響應不足以揭示其內在特性，因此根據其響應評價所設計的伺服系統也具有一定的局限性。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種伺服系統的設計方法，能夠基于所設計伺服系統的仿真模型的內在特性進行伺服系統的設計。

一種伺服系統的設計方法，包括：

A、建立所設計伺服系統的機械模塊與控制模塊的協同仿真模型；

B、加載激勵信號，驅動所述協同仿真模型；

C、采集所述伺服系統仿真模型的辨識數據；

D、根據所采集的辨識數據辨識所述伺服系統仿真模型的數學模型；

E、根據所述數學模型分析所述伺服系統仿真模型的控制性能參數。

其中，根據所述數學模型分析所述伺服系統仿真模型的控制性能參數后還包括：

判斷所述控制性能參數是否符合設計要求，若是，則完成設計，若否，調整協同仿真模型的參數，重新執行B-E。

其中，根據所采集的辨識數據辨識所述伺服系統仿真模型的數學模型前還包括：對所采集的辨識數據進行濾波處理、重構處理、和/或去除趨勢項處理。

其中，通過以下方式實現激勵信號的加載：

利用信號編輯器模塊編輯正負方波信號后連接到所述協同仿真模型的輸入端上；或者，

通過信號輸入模塊與產生正負方波信號的外部變量關聯后輸入到所述協同仿真模型上。

其中，所述伺服系統仿真模型所辨識出的數學模型具體是伺服系統的閉環傳遞函數；

根據所述數學模型分析所述伺服系統仿真模型的控制性能參數具體包括：

根據辨識出的閉環傳遞函數，計算所述伺服系統仿真模型的開環傳遞函數；

根據所述閉環傳遞函數和開環傳遞函數，計算所述伺服系統仿真模型的頻率響應；

根據所述頻率響應計算所述伺服系統仿真模型的頻率性能參數。

本發明實施例中，通過伺服系統的仿真模型來模擬真實的伺服系統，并采用系統辨識和控制理論相結合的方法，根據采集的伺服系統仿真模型的辨識數據辨識出伺服系統仿真模型的數學模型，然后基于該數學模型分析出伺服系統的控制性能參數，從而使得本發明實施例能夠基于所設計的仿真模型的內在特性進行伺服系統的設計。

附圖說明

圖1是本發明伺服系統的設計方法實施例的流程圖；

圖2是本發明實施例中伺服系統的示例圖；

圖3是本發明實施例中正負方波激勵信號的示意圖；

圖4是本發明實施例中伺服系統仿真模型的示例圖；

圖5是本發明實施例中伺服系統仿真模型的基本控制框圖；

圖6是本發明實施例中六頭數控鉆機動態精度分析虛擬樣機模型圖；

圖7是本發明實施例中建立的協同仿真虛擬樣機模型圖；

圖8是本發明實施例中在Signal?Builder模塊中繪制的正負方波曲線示意圖；

圖9是本發明實施例中辨識伺服系統仿真模型的閉環傳遞函數的流程圖；

圖10是本發明實施例中計算伺服系統仿真模型的頻率特性的流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明實施例采用的理論方法包括經典控制理論、系統辨識理論等。系統辨識理論用于辨識出伺服系統的數學模型(如傳遞函數)；使用經典控制理論基于辨識出的數學模型分析出伺服系統的內在固有性能(如穩定裕度、抗干擾性能、響應性能等)。