一种电控伺服设备性能检测用集成测试系统及方法与流程

1.本发明涉及自动控制测试技术领域，具体为一种电控伺服设备性能检测用集成测试系统及方法。


背景技术：

2.伺服系统又称作为随动系统，用于能够精准跟随或者复现某个过程的反馈控制系统；伺服系统主要用于对物体运动的速度、位置等变化量的有效控制；伺服系统包括伺服电动机、编码器和控制器等等；伺服系统能够精准的实现对负载进行伺服控制；整个伺服系统在工作过程中，编码器会实时对所带负载的转动角度进行检测和验证，从而保证整个伺服系统的正常运行，但是各种外界因素会对伺服系统性能产生影响，为了避免伺服系统在工作过程中产生异常，需要核实对伺服系统进行测试并验证；在中国专利，专利申请号为：201410384731.0中公开了“一种基于摩擦补偿的伺服系统控制方法”，该方案通过摩擦补偿的方式提高整个伺服系统的精度，对伺服系统的为建模动态进行了补偿，抑制了低性能对伺服系统的影响；但是并不能够确保负载翻转时的角度不会产生影响，需要对所翻转角度中的每一个角度进行验证并调整；因此，需要对上述问题进行改善。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种电控伺服设备性能检测用集成测试系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种电控伺服设备性能检测用集成测试系统，所述集成测试系统包括伺服系统、信息分析模块、信息模拟模块、信息处理模块和预警模块；所述伺服系统，用于发出电流信号，并控制负载运行；所述信息分析模块，用于对伺服系统控制负载运行的第一旋转角度进行分析，从而能够核实伺服系统所发出命令的准确性；所述信息模拟模块，用于通过决策树对伺服系统发出的命令语句进行模拟，进而得到模拟结果，从而保证负载运作稳定；所述信息处理模块，用于获取异常命令时间点进行曲线拟合，进而得到异常命令的间隔时间；所述预警模块，是在检测到未来时间段的异常命令时进行预警；所述伺服系统与信息分析模块、信息分类模块、信息处理模块和预警模块相连接。
5.进一步的，所述伺服系统包括控制器、伺服电动机和编码器；所述控制器，用于根据编码器提供的命令，控制伺服电动机运行；所述伺服电动机，用于根据供电大小，拖动负载运转；
所述编码器，用于检测负载的转动角度；所述伺服电动机与控制器、编码器相连接。
6.进一步的，所述信息分析模块包括第一旋转角度生成单元、第二旋转角度设置单元和信息比较单元；所述第一旋转角度生成单元，用于生成第一旋转角度，其中第一旋转角度为伺服电动机通过转矩控制与伺服系统所连接负载的旋转角度；所述第二旋转角度设置单元是预先设置的第二旋转角度；所述信息比较单元，用于通过编码器对第一旋转角度与第二旋转角度相对比，得到对比结果；所述信息比较单元的输出端与第一旋转角度生成单元、第二旋转角度设置单元的输入端相连接。
7.所述信息分类模块包括语句分解单元、模拟检测单元和模拟结果获取单元；所述语句分解单元，用于对第一旋转角度所包含的命令语句进行分解，得到每个命令语句对应不同的旋转角度；所述模拟检测单元，用于对分解后的每个命令语句进行模拟，得到异常命令语句和异常命令语句对应的旋转角度；所述模拟结果获取单元，将模拟后的结果进行分类，得到正确命令语句和异常命令语句分别对应的旋转角度；所述模拟结果获取单元的输出端与语句分解单元、模拟检测单元的输入端相连接。
8.进一步的，所述信息处理模块包括异常命令执行时间获取单元、异常命令点曲线拟合单元和异常命令间隔时间预测单元；所述异常命令执行时间获取单元，用于获取分解后的异常命令语句在负载上执行动作时的反映时间，并将反映时间输送至异常命令点曲线拟合单元中；所述异常命令点曲线拟合单元，用于获取每个命令语句对应的旋转角度值，根据旋转角度值在曲线上的对应点进行曲线拟合；所述异常命令间隔时间预测单元，用于对已拟合的曲线中下一个异常命令语句对应的时间点进行预测；所述异常命令间隔时间预测单元的输出端与异常命令执行时间获取单元和异常命令点曲线拟合单元输入端相连接。
9.一种电控伺服设备性能检测用集成测试方法，所述集成测试方法执行如下步骤：z01：获取伺服系统中控制器所发出的电流信号，根据电流信号驱动伺服电动机运作；所述伺服电动机通过扭矩控制与伺服系统相连接的负载旋转第一旋转角度；z02：获取伺服系统中预先设定的第二旋转角度，将所述第一旋转角度与第二旋转角度相比较，得到比较结果；若检测到第一旋转角度等于第二旋转角度，则与伺服相连接的负载运载正确；若检测到第一旋转角度不等于第二旋转角度，则跳转至步骤z03；z03：将形成的第一旋转角度所包含的命令语句进行分解，通过数字孪生的方法对命令语句对应翻转的角度进行模拟，得到异常角度数；z04：获取编码器中每个命令语句在负载上执行时的反映时间，建立坐标轴，对每
个命令语句在负载上旋转的角度值进行曲线拟合，对曲线中下一个异常命令语句对应的时间点进行预测；根据所预测结果，进行预警。
10.在步骤z01-z02中，第一旋转角度与第二旋转角度相比较的方法具体为：将负载接收到编码器信号时的信息作为空间向量，将负载接收到编码器信号后所旋转的角度信息作为空间向量，旋转形成的第一旋转角度为；将编码器确定的信息作为空间向量，将编码器输送至控制器的旋转角度信息作为空间向量,形成的第二旋转角度为；根据公式：得到第一旋转角度的公式为：；得到第二旋转角度的公式为：；若检测到时，则表示第一旋转角度等于第二旋转角度；若检测到时，则表示第一旋转角度不等于第二旋转角度，需要对第一旋转角度和第二旋转角度按照编码器中的命令集t1={1,2,...,n}和t2={1,2,...,n}进行分解,得到命令集中所翻转的第一旋转角度集和第二旋转角度集；其中：表示为空间向量的模，表示为空间向量的模；表示为空间向量的模，表示为空间向量的模，n是指命令项数，是指在第一旋转角度中获取第n条命令时负载翻转的角度，是指在第二旋转角度中获取第n条命令时负载翻转的角度。
11.在步骤z03中，通过决数字孪生的方法对命令语句对应翻转的角度进行模拟，具体步骤如下：z031:根据负载的几何尺寸和形状，建立负载的三维模型；z032：通过编码器中的命令语句进行切割并存入数据存储器中；z033：根据步骤z031中数据，根据负载的三维模型建立孪生三维平台模型，对步骤z032中的命令进行模拟；z034：输出孪生三维平台模型模拟出的数据；在步骤z031中，获取负载的几何尺寸和形状，通过定位传感器和运动传感器得到负载机械臂运动时的动作集，根据负载的动作集并映射在孪生三维平台模型中；在步骤z034中，所述输出孪生三维平台模型模拟出的数据，得到异常角度数。
12.在步骤z04中，建立坐标轴，将命令语句在负载上被执行时的反映时间作为坐标轴的横轴；将不同命令语句在负载上旋转的角度值作为坐标轴的纵轴；坐标轴则能够显示曲线的变化；根据曲线的变化进行拟合，设定；w是指角度，s是指命令语句被
执行时的反映时间，v、e、k是指系数；获取在拟合曲线中距离当前点最接近的异常点，根据异常点在相同角度不同时间段所形成的面积q；根据面积q与q’进行对比，若检测得到q=q’且命令语句在负载上被执行的时间相同，则能判断出面积q’会产生异常，并输出异常命令语句对应的时间；若检测得到q≠q’，则遍历其他异常点所形成面积，直至找到相同面积且命令语句在负载上被执行时的反映时间相同，并输出异常命令语句对应的时间；根据公式：；其中：q是指异常点与横轴形成的面积，q’是指异常点与横轴形成的标准面积，异常点所对应命令语句在负载上被执行时的反映时间段为，f(s)是指曲线函数。
13.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过对第一旋转角度中的角度进行分解并分析，判断第一旋转角度中所包含的其他角度数，对整个伺服系统中性能进行了优化，确保伺服系统不会对负载工作过程产生危害，在实际工业中易于实现，补足了实际负载工作过程中易出现的旋转角度精度不高的问题；本发明通过数字孪生的方法，对异常命令语句所对应的角度进行核实，确保能够及时排查异常命令语句所对应的异常角度值，优化了整个伺服系统。
附图说明
14.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明一种电控伺服设备性能检测用集成测试系统及方法的步骤示意图；图2是本发明一种电控伺服设备性能检测用集成测试系统及方法的模块组成示意图。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.请参阅图1-图2，本发明提供技术方案：一种电控伺服设备性能检测用集成测试系统，所述集成测试系统包括伺服系统、信息分析模块、信息模拟模块、信息处理模块和预警模块；所述伺服系统，用于发出电流信号，并控制负载运行；所述信息分析模块，用于对伺服系统控制负载运行的第一旋转角度进行分析，从而能够核实伺服系统所发出命令的准确性；所述信息模拟模块，用于通过决策树对伺服系统发出的命令语句进行模拟，进而得到模拟结果，从而保证负载运作稳定；所述信息处理模块，用于获取异常命令时间点进行曲线拟合，进而得到异常命令的间隔时间；所述预警模块，是在检测到未来时间段的异常命令时进行预警；
所述伺服系统与信息分析模块、信息分类模块、信息处理模块和预警模块相连接。
17.进一步的，所述伺服系统包括控制器、伺服电动机和编码器；所述控制器，用于根据编码器提供的命令，控制伺服电动机运行；所述伺服电动机，用于根据供电大小，拖动负载运转；所述编码器，用于检测负载的转动角度；所述伺服电动机与控制器、编码器相连接。
18.进一步的，所述信息分析模块包括第一旋转角度生成单元、第二旋转角度设置单元和信息比较单元；所述第一旋转角度生成单元，用于生成第一旋转角度，其中第一旋转角度为伺服电动机通过转矩控制与伺服系统所连接负载的旋转角度；所述第二旋转角度设置单元是预先设置的第二旋转角度；所述信息比较单元，用于通过编码器对第一旋转角度与第二旋转角度相对比，得到对比结果；所述信息比较单元的输出端与第一旋转角度生成单元、第二旋转角度设置单元的输入端相连接。
19.所述信息分类模块包括语句分解单元、模拟检测单元和模拟结果获取单元；所述语句分解单元，用于对第一旋转角度所包含的命令语句进行分解，得到每个命令语句对应不同的旋转角度；所述模拟检测单元，用于对分解后的每个命令语句进行模拟，得到异常命令语句和异常命令语句对应的旋转角度；所述模拟结果获取单元，将模拟后的结果进行分类，得到正确命令语句和异常命令语句分别对应的旋转角度；所述模拟结果获取单元的输出端与语句分解单元、模拟检测单元的输入端相连接。
20.进一步的，所述信息处理模块包括异常命令执行时间获取单元、异常命令点曲线拟合单元和异常命令间隔时间预测单元；所述异常命令执行时间获取单元，用于获取分解后的异常命令语句在负载上执行动作时的反映时间，并将反映时间输送至异常命令点曲线拟合单元中；所述异常命令点曲线拟合单元，用于获取每个命令语句对应的旋转角度值，根据旋转角度值在曲线上的对应点进行曲线拟合；所述异常命令间隔时间预测单元，用于对已拟合的曲线中下一个异常命令语句对应的时间点进行预测；所述异常命令间隔时间预测单元的输出端与异常命令执行时间获取单元和异常命令点曲线拟合单元输入端相连接。
21.一种电控伺服设备性能检测用集成测试方法，所述集成测试方法执行如下步骤：z01：获取伺服系统中控制器所发出的电流信号，根据电流信号驱动伺服电动机运作；所述伺服电动机通过扭矩控制与伺服系统相连接的负载旋转第一旋转角度；z02：获取伺服系统中预先设定的第二旋转角度，将所述第一旋转角度与第二旋转角度相比较，得到比较结果；若检测到第一旋转角度等于第二旋转角度，则与伺服相连接的
负载运载正确；若检测到第一旋转角度不等于第二旋转角度，则跳转至步骤z03；z03：将形成的第一旋转角度所包含的命令语句进行分解，通过数字孪生的方法对命令语句对应翻转的角度进行模拟，得到异常角度数；z04：获取编码器中每个命令语句在负载上执行时的反映时间，建立坐标轴，对每个命令语句在负载上旋转的角度值进行曲线拟合，对曲线中下一个异常命令语句对应的时间点进行预测；根据所预测结果，进行预警。
22.在步骤z01-z02中，第一旋转角度与第二旋转角度相比较的方法具体为：将负载接收到编码器信号时的信息作为空间向量，将负载接收到编码器信号后所旋转的角度信息作为空间向量，旋转形成的第一旋转角度为；将编码器确定的信息作为空间向量，将编码器输送至控制器的旋转角度信息作为空间向量,形成的第二旋转角度为；根据公式：得到第一旋转角度的公式为：；得到第二旋转角度的公式为：；若检测到时，则表示第一旋转角度等于第二旋转角度；若检测到时，则表示第一旋转角度不等于第二旋转角度，需要对第一旋转角度和第二旋转角度按照编码器中的命令集t1={1,2,...,n}和t2={1,2,...,n}进行分解,得到命令集中所翻转的第一旋转角度集和第二旋转角度集；其中：表示为空间向量的模，表示为空间向量的模；表示为空间向量的模，表示为空间向量的模，n是指命令项数，是指在第一旋转角度中获取第n条命令时负载翻转的角度，是指在第二旋转角度中获取第n条命令时负载翻转的角度；通过如上的方法比较第一旋转角度和第二旋转角度的原因在于：不能够确保第一翻转角度中里面的所有角度都相同，如果直接将第一翻转角度与第二翻转角度进行比较，是直接默认第一旋转角度中不包含其他的角度值，或者间接证明了第一旋转角度中的所有角度都不会出现误差或者错误，本方案中使用该方法是在不确定第一旋转角度中所有的角度都会出现问题的情况下；通过上述方法能够保证旋转角度的精准性。
23.在步骤z03中，通过决数字孪生的方法对命令语句对应翻转的角度进行模拟，具体步骤如下：z031:根据负载的几何尺寸和形状，建立负载的三维模型；z032：通过编码器中的命令语句进行切割并存入数据存储器中；z033：根据步骤z031中数据，根据负载的三维模型建立孪生三维平台模型，对步骤
z032中的命令进行模拟；z034：输出孪生三维平台模型模拟出的数据；在步骤z031中，获取负载的几何尺寸和形状，通过定位传感器和运动传感器得到负载机械臂运动时的动作集，根据负载的动作集并映射在孪生三维平台模型中；在步骤z034中，所述输出孪生三维平台模型模拟出的数据，得到异常角度数；通过数字孪生，证明了所翻转角度中是否包含错误角度，保证测量过程更加全面，传统的测量方法成本高，如若在验证的过程中出现错误，进而会导致整个精度下降，因此，通过数字孪生的方法进行模拟，不仅提高了模拟的效率，同时模拟精度会得到提高。
24.在步骤z04中，建立坐标轴，将命令语句在负载上被执行时的反映时间作为坐标轴的横轴；将不同命令语句在负载上旋转的角度值作为坐标轴的纵轴；坐标轴则能够显示曲线的变化；根据曲线的变化进行拟合，设定；w是指角度，s是指命令语句被执行时的反映时间，v、e、k是指系数；获取在拟合曲线中距离当前点最接近的异常点，根据异常点在相同角度不同时间段所形成的面积q；根据面积q与q’进行对比，若检测得到q=q’且命令语句在负载上被执行的时间相同，则能判断出面积q’会产生异常，并输出异常命令语句对应的时间；若检测得到q≠q’，则遍历其他异常点所形成面积，直至找到相同面积且命令语句在负载上被执行时的反映时间相同，并输出异常命令语句对应的时间；根据公式：；其中：q是指异常点与横轴形成的面积，q’是指异常点与横轴形成的标准面积，异常点所对应命令语句在负载上被执行时的反映时间段为，f(s)是指曲线函数。
25.通过异常点与横轴形成的面积，能够在拟合曲线中分析出异常命令语句与横轴形成的面积，根据面积的相似性能够得到异常命令语句的变化以及异常命令语句所对应的时间段。
26.实施例：将负载接收到编码器信号时的信息作为空间向量，将负载接收到编码器信号后所旋转的角度信息作为空间向量，旋转形成的第一旋转角度为；将编码器确定的信息作为空间向量，将编码器输送至控制器的旋转角度信息作为空间向量,形成的第二旋转角度为；其中：形成的空间向量=(2,5,15)，空间向量=（12,15,18）,空间向量=（8,10,12），空间向量=（13,10,10）；根据公式：得到第一旋转角度的公式为：；
得到第二旋转角度的公式为：；检测得到，第一旋转角度不等于第二旋转角度，表示需要对第一旋转角度所包含的命令语句进行分解。
27.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
28.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。