Twincat Bode Plot 使用经验总结

波德图原理
波德图是复杂传递函数或频率范围内系统的一种特殊表示。波德图由一个值图(振幅响应)和一个相移图(相位响应)组成。它描述了系统对谐波激励的平稳反应(窦振荡)。频率以对数形式显示在x轴上。因此，在较宽的频率范围内的行为一目了然。

在伺服系统中，借助伯德图分析可以分析闭环和开环控制以及传动环节(如连接机构)的行为，并制作或优化控制器和滤波器的设置。一般来说，这可以发生在典型的操作模式中——电流、速度和位置控制——也可以作为自动调整算法的基础。目前有两个变种在TwinCAT -电流和速度控制。

传统的方法，如优化到阶跃响应，只能在有限的程度上可用。波德图包含了比阶跃响应更多的信息，因此是分析和优化控制回路的理想工具。

系统在整个频率范围内的性能和稳定性是直接可见的(在休息位置的精度-在较低的频率范围;动态反应-在中频范围内;噪音抑制-在高频范围内)
带宽可以更简单、更精确地指定，而不会受到噪声影响的干扰
问题频率(机械共振点)分析起来更简单
过滤器可以相应地确定和调整
什么会在传动系统中产生共振?

 

 

负载和电机之间的每一个联轴器都具有有限的刚度。这就导致了整个系统的惯性比和共振频率不同。如果没有合适的工具，这些不同的频率很难确定。为了可靠地检测所有共振点，频率分析可以用几乎无限精细的分级进行。

测量过程中必须消除机械摩擦，否则测量将无效。因此，为了克服静摩擦，在电机轴上附加了一个恒定低频的正弦振荡。正弦频率，逐步增加，以这种方式调制。为了确保电机电流在速度(和位置)控制中保持或多或少的恒定，正弦振荡的振幅随着频率的增加而减小。因此，在高频率下，驱动振幅非常小。波德图中的电流是恒定的。

波德图

共振点用波德图表示。在表述中，一个共振点由一个反共振(频率响应显示一个明显的最小值)和一个共振(频率响应显示一个明显的最大值)组成。

 下面的插图显示了一个电机的频率响应的例子，没有负载，没有共振点和相当宽的带宽。闭环控制回路用于确定带宽，开环控制回路用于计算幅值响应。在振幅响应第一次穿过-3 dB或-90°线的地方读取带宽。系统的带宽越高，系统的稳定性越好，控制环路增益也可以设置得越高。这导致了高动态。

下一个图显示了一个典型的有谐振点的曲线:一个有两个谐振点和窄带宽的曲线。

第二个重要的极限是+ 3db线。如果闭环控制回路的幅值响应超过这个限制，这被称为正反馈，类似于音频(麦克风靠近扬声器的扬声器)。

这种正反馈产生了一种不希望的机械振荡，这可能导致不受控制的行为。

通过增加P部分(比例增益)，曲线平行于横坐标向上平移;而减少则会产生相反的效果。

 波德图-结构
TwinCAT波德图不仅显示了信号曲线，还创建了记录配置。为了创建这些配置，熟悉Bode Plot的体系结构是很重要的。体系结构反映在解决方案资源管理器中的度量项目中的树状结构中。

每个波德图表示与驱动轴的连接。一个波德项目可以有多个地块。

图的显示区域包含一个振幅和相位响应的图表，其中显示了相关轴已经记录或生成的集合(特征曲线)。当一个记录运行时，第三个图表也可以有选择地显示当前的实际值和设定点值。

除了驱动轴的连接数据，下一次记录的参数也通过波德图设置。

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每一组对应一个记录或生成的频率响应，并代表了振幅和相位除以频率的结果特征曲线。图形可以显示为开放和封闭的控制回路，以及链接。

区分三种类型的集合:

记录集表示实际记录的值

滤波器集表示滤波器的特性曲线

结果集按顺序表示两个集合的组合，例如，以了解滤波器如何影响频率响应。

除此之外，外观，例如颜色和线宽，可以在属性窗口中调整。

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控制Bode Plot的界面被划分为几个单独的窗口(工具窗口)，它们的位置和大小可以自由配置。

 扩展
增益最大值:表示幅值响应图中值轴的上幅值。
增益最小值:幅值响应图中值轴的下幅值。
最大相位:表示相位响应图中最高的刻度。
相位最小:表示相位响应图中最小的刻度端。
目标
“Axis ID”:表示要用于该伯德图的驱动轴的ID。所选轴可能不是轴联轴器的一部分(例如主/从联轴器，数控硬或软龙门)。否则，开机录音可能会造成人员和机器的损坏。
“Target Net ID”:表示驱动器轴所在的目标系统的ID，该目标系统将用于这个波德图。

基本频率:显示克服静摩擦的基本振荡的频率[以赫兹为单位](仅在速度模式中)。
波德对象Id:如果波德图是通过“Drive Diag TcCom Object   驱动器Diag TcCom对象”发生，已经设置在系统管理器(例如，为了从驱动器的范围额外的进程数据)，这可以在这里通过对象Id发生。
检查驱动器限制:如果要对驱动器进行检查，可以在这里指定。
DynContainerId:为动态进程数据设置容器的ID。在TwinCAT项目中，DynContainer被附加到EtherCAT设备。
测量样本计数:用于计算波德特征曲线(频率点)插补值的设定值和实际值的个数。
“测量时间”:系统以一个频率被激活的时间长度，单位为s。
信号发生器:表示所用信号发生器的曲线类型。
系统死亡时间:完整的死亡时间可以在这里输入，以秒为单位。
Trace Level:设置由“Drive Diag -TcCom Object”产生并显示在错误列表中的消息的详细级别。可用选项为“始终”、“错误”、“详细”和“警告”。
用户死亡时间:可以在这里指定以秒为单位的死亡时间。

目标
Cycle Time:最近一次使用的周期时间，单位为ms。
Oversampling:使用过采样系数。如果设置为“建议”，在开始录音时自动选择最高的有用系数。

 在Properties窗口中，设置要创建Bode Plot的驱动轴的“Axis ID”和“Target Net ID”。

准备TwinCAT项目:

在您可以执行实际的Bode Plot之前，您必须只调整一次TwinCAT项目的设置。
宣布TcNcObjects类工厂:Bode Plot是由TwinCAT系统中的TcCom对象执行的。为了确保这可以从Bode项目中自动生成，您必须为TcNcObjects宣布类工厂。

向EtherCAT主机添加动态容器dynamic containers:对于与驱动器的动态通信，每个EtherCAT设备只保留一次内存范围。使用OK确认后续查询容器大小的对话框。

制作一个波德图记录

在选择了目标系统和驱动轴之后，您可以在Plot属性中参数化记录。有关情节设置的详细信息可以在“波德情节-情节属性”一节中找到。通过Measurement工具栏中的“Start Record”按钮，开始Bode Plot。在记录期间，当前时间信号显示在下面的情节。您可以在任何时候中止录制与停止按钮。

 

6. 错误

如果在录制过程中发生错误，它们将显示在Visual Studio错误列表中。例如，当试图开始记录时，Bode Plot发出丢失轴释放的信号。

但是，错误列表只显示作为活动解决方案一部分的项目的错误输出。
示例:如果驱动轴发出延迟错误信号，并且项目不是主动解决方案的一部分，则输出一般的Bode Plot错误。
如果项目是活动解决方案的一部分，那么延迟错误也会输出到错误列表中。

7. 分析

跟随记录，您可以看到迄今为止创建的所有特征曲线。您可以更改属性中的显示选项。例如，查看“路径”以及“开环控制”和“闭环控制”，或突出或遮罩个别特征曲线可能是有用的。有关设置的详细信息可以在“波德图-设置属性”一节中找到。
除此之外，您还可以附加过滤器集以模拟过滤器或结果集，以确定重叠的结果。

TwinCAT数控轴的配置注意事项
如果要用TwinCAT数控轴进行波德图记录，则必须在轴参数设置中设置匹配速度标准化f。
根据AX5000的内部变速计算(1个增量对应5.588 x 10-5 rpm)，计算公式如下:

 关于轴参数的进一步信息可以在Beckhoff信息系统中找到文件“TwinCAT CNC”。(TwinCAT 2比;TwinCAT数控  TwinCAT数控  TwinCAT数控轴参数