伺服系统特性测试方法

一、性能指标

伺服系统的控制性能，体现在其稳定性、准确性、快速性等方面，即转矩控制性能、转速控制性能和位置控制性能。具体的特性指标，根据国家标准，可以从伺服系统的稳态性能和动态性能来划分。常见动态性能指标包括超调量、峰值时间、上升时间、调整时间、下降时间、频带宽度、谐振峰值、振荡次数等，而稳态指标则包括定位精度、速度和转矩的稳态平均误差、转速和转矩波动系数等。而在控制理论中，这些指标又分别属于时域和频域指标，它们和常见的典型运动方式相对应，如阶跃响应、方波响应、正弦响应等。

二、特性测试方法

（1）主要测试内容

根据伺服系统的性能指标分类，可以从时域和频域完成特性测试，这是评价一个控制系统性能最基本的两个方面。伺服控制系统是由位置环，速度环和电流环组成，因此伺服特性的测试主要以这三个环为对象，激励信号在伺服驱动器内部以三环指令的形式输入。

（2）时域特性测试

时域特性是一个控制系统性能最直观的体现，一般通过典型的激励信号激励，由测得的响应曲线分析控制系统的稳态特性和动态特性。常用的3种典型的时域测试方法有：

①阶跃测试。通过阶跃响应，可以得到控制对象的基本动态和稳态特性。阶跃信号一般可以作为位置环和速度环的激励信号。

②方波测试。方波是一种频率成分相对丰富的激励信号，因此适用范围相对较广。除了具有阶跃激励的功效，还能通过方波响应得到伺服系统的其它性能，如刚度性能，稳定性能以及抗噪音能力。方波激励还可以用于电机惯量辨识、系统频率特性测试等。特别是在电流环中，为了保证在转矩控制模式下电机不会超速，常用方波信号代替阶跃信号进行时域测试。

③梯形波测试。与前面两种信号相比，梯形波信号的优势是具有加减速的过程，可以利用其加减速斜率来限制伺服电机的输出转矩和输出功率。

（3）频域特性测试

频域特性测试不仅能反映出控制系统的稳态和动态特性，还能反映系统的稳定裕度。测试原理比较简单，采用数字式频响测试方式，将激励信号输入被测系统使其按固定轨迹运行，并采样输入、响应信号，再对输入和响应信号数据作分析（FFT 算法、相关分析法、功率谱算法或者最小二乘拟合算法），得到一定数量的频率点的幅值比和相位差，将这些频率点幅值比和相位差数据拟合并简单滤波就能基本得到系统的频率特性曲线。试验中，这些操作由测试平台自动完成。

编辑：黄飞