Twincat Bode Plot 使用经验总结

87 阅读 0 评论 58 点赞

我是靠谱客的博主闪闪眼睛，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Twincat Bode Plot 使用经验总结，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

TwinCAT3Bode图是分析和优化机械系统内机械共振的理想工具。

一、在“属性”窗口中，为波特图所在的驱动轴设置“Axis ID”和“Target Net ID” 被创建。

（NC。NC 轴如果关联到物理轴，就是实轴。在 TwinCAT NC 中，NC 轴一定要关联到物理轴，才能控制电机动作。所以一个电机对应一个实轴。如果不关联到任何硬件，就是虚轴）

二、在执行实际的波特图之前，必须只调整一次 TwinCAT 项目的设置。

宣布 TcNcObjects 类对象：波特图由 TwinCAT 中的 TcCom 对象执行系统。为确保这可以从 Bode 项目自动生成，必须宣布 TcNcObjects 的类对象。

三、将动态容器（Dyn Container）附加到 EtherCAT 主站：为了与驱动器进行动态通信，保留一个每个 EtherCAT 设备仅存储一次。确认后续查询容器的对话框大小与确定。

四、波特图记录选择目标系统和驱动轴后，可以参数化绘图中的记录特性。绘图设置的详细信息可以在“波特图 - 绘图属性”。波特图从测量工具栏中的“开始记录”按钮开始。

例子：

————————————————————————————————————

报错信息：

Bode 记录开始，没有任何反应。可能是什么原因？！！可能的原因可能是：

•轴未释放。

•存在驱动器错误。（这可以在 TC_Drive_Manager 中读取）。

•安全已取消发布。

•滞后错误监控处于活动状态。

哪些测量范围有用？

！速度模式下为 5 - 500 Hz，电流模式下为 50 - 3000 Hz。

? NC 循环时间对波特表示是否有影响？

！测量值在所谓的动态容器中传输。此外，过采样方法确保测量值的精确再现。

————————————————————————————————————

Bode Plot：波特图可以观察系统的频率响应，以及不同频率下，系统增益的大小及相位，也可以看出大小及相位随频率变化的趋势等。

带宽频率也称为闭环截止频率，是指当 闭环幅频特性下降到频率为零时的分贝值以下3dB时，对应的频率。

低频段决定了系统稳态值，中频段决定了瞬态响应，高频段决定了其对于噪声的敏感度。

根据速度闭环的伯德图，可以得到系统的带宽。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制，惯性越大，带宽越窄。通常情况下，伺服系统的带宽会随着功率范围的增加而变小。目前大部分产品的速度频带在200～500Hz。
最高响应频率即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90°或者幅值不小于71%（－3dB）。

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。

——————————————————————

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。

——————————————————————

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。