1.模拟工业机器人关节动态变负载变惯量的实验方法，其特征在于：采用模拟工业机器人单关节动态变负载变惯量的实验装置，所述模拟工业机器人单关节动态变负载变惯量的实验装置包括控制系统、第一电机控制电路、第二电机控制电路、第一机架(25)、第二机架(26)、第一输入伺服电机(1)、第一减速器(2)、第一联轴器(3)、动态扭矩传感器(4)、齿轮传动箱(9)、第二联轴器(22)、角度传感器(11)、第一双轴承座(12)、变惯量杆臂(14)、第三联轴器(10)、转轴(17)、第二输入伺服电机(5)、第二减速器(6)、第四联轴器(8)、质量滑块(13)、摆臂(16)、第二双轴承座(19)、旋转轴(18)、第一支撑底座(21)、第二支撑底座(23)、第三支撑底座(24)、第四支撑底座(7)和第五支撑底座(20)；

所述第一输入伺服电机(1)和第一减速器(2)均固定在第三支撑底座(24)上，第一输入伺服电机(1)的输出轴依次连接沿一条直线依次分布的第一减速器(2)、第一联轴器(3)、动态扭矩传感器(4)、第二联轴器(22)、齿轮传动箱(9)、第三联轴器(10)、角度传感器(11)和转轴(17)，所述动态扭矩传感器(4)固定在所述第二支撑底座(23)上，所述转轴(17)通过第一双轴承座(12)支撑，第一双轴承座(12)固定在第一支撑底座(21)上；所述变惯量杆臂(14)与转轴(17)平键连接，并用轴端挡圈限位，所述第二输入伺服电机(5)和第二减速器(6)均固定在第四支撑底座(7)上，第二输入伺服电机(5)的输出轴依次连接第二减速器(6)、第四联轴器(8)和齿轮传动箱(9)，所述齿轮传动箱的主输入轴(92)通过第二联轴器(22)连接动态扭矩传感器(4)，所述齿轮传动箱的辅输入轴(91)通过第四联轴器(8)连接第二减速器(6)，所述齿轮传动箱的输出轴(93)通过第三联轴器(10)连接转轴(17)，所述角度传感器(11)装在转轴(17)并固定在第一双轴承座(12)上；

所述第一支撑底座(21)、第二支撑底座(23)、第三支撑底座(24)和第四支撑底座(7)均固定在第一机架(25)的工作台面上；所述第二双轴承座(19)固定在第五支撑底座(20)上，所述第五支撑底座(20)固定在第二机架(26)的工作台面上，旋转轴(18)套装在第二双轴承座(19)并通过第二双轴承座(19)进行支撑，所述旋转轴(18)与摆臂(16)的一端通过平键连接，所述摆臂(16)的另一端铰接在质量滑块(13)上，所述质量滑块(13)上设置有与变惯量杆臂(14)相配合的通孔，质量滑块(13)套装在变惯量杆臂(14)上；所述旋转轴(18)的轴心线与转轴(17)的轴心线平行且错开设置；

所述第一电机控制电路、第二电机控制电路、角度传感器(11)、动态扭矩传感器(4)均属于控制系统硬件部分，所述控制系统通过第一电机控制电路控制第一输入伺服电机(1)的运动，所述控制系统通过第二电机控制电路控制第二输入伺服电机(5)的转矩输出；所述实验方法具体包括如下步骤：步骤一：控制系统通过第一电机控制电路控制第一输入伺服电机(1)的输出，第一输入伺服电机(1)经过第一减速器(2)、第一联轴器(3)、动态扭矩传感器(4)、齿轮传动箱(9)、第二联轴器(22)、角度传感器(11)后向转轴(17)传递扭矩，带动变惯量杆臂(14)的转动；与此同时，变惯量杆臂(14)带动质量滑块(13)沿摆臂旋转中心旋转的同时沿变质量杆臂轴(14)向滑动，实现惯量的动态变化；

步骤二：角度传感器(11)检测转轴(17)转动的角度，并将转轴(17)转动的角度的位置信号反馈到控制系统中；

利用控制系统位置控制器控制算法进行误差计算和相应数据处理，通过矢量控制技术，将采集到的永磁同步电机ABC相电流，通过坐标变换，即自然坐标系(ABC)通过clark变换成静止坐标系(α-β)得到iα、iβ，通过park变换成同步旋转坐标系(d-q)，其中d轴方向为永磁体励磁磁场方向，q轴方向为垂直于转子磁场方向，得到id、iq，分别将id,iq反馈给PI电流控制器形成电流闭环，再将位置信号经过计算得出速度信号反馈给PI速度控制器实现速度闭环，直接将位置信号反馈给位置控制器，形成三闭矢量控制；最终得出q轴电流iq*，iq*为电流目标信号，d轴电流id*＝0；根据同步旋转坐标系下电流电压关系计算出在旋转坐标系(d-q)下的电压输入值Ud、Uq，通过电压脉宽调制输出SVPWM信号传递给驱动器，驱动第一输入伺服电机，实现位置的控制；其中ωe为电角速度，Ld、Lq为d轴、q轴电感系数，Pn为电机极对数；

步骤三：启动第二输入伺服电机(5)，利用第二电机控制系统控制第二输入伺服电机(5)输出同向或反向的负载扭矩通过齿轮传动箱(9)加载到变惯量杆臂(14)上，实现变惯量杆臂(14)的负载动态变化；同时不停重复第二步骤，进行精准的位置控制；

步骤四：在以上过程中动态扭矩传感器(4)始终保持扭矩信号的采集，并将采集到的扭矩信息发送到控制系统中实现对负载扭矩的控制，利用控制系统不断记录扭矩信息，观察其实际负载情况；

步骤五：改变第二输入伺服电机(5)输出负载情况或改变摆臂(16)旋转中心与变惯量杆臂(14)旋转中心的距离b实现惯量的不同动态变化，模拟不同工况机器人关节负载惯量特性，重复上述步骤，观察在不同负载惯量变化下位置控制算法的控制性能；

步骤六：改变位置控制器算法重复以上步骤，采集相应数据，在相同工况下，对比分析不同位置控制器算法的控制性能。

2.根据权利要求1所述的一种模拟工业机器人单关节动态变负载变惯量的实验方法，其特征在于：所述第一输入伺服电机(1)的输出轴、第一减速器(2)、第一联轴器(3)、动态扭矩传感器(4)、第二联轴器(22)、传动齿轮箱的主输入轴(91)、传动齿轮箱的输出轴(93)、第三联轴器(10)、角度传感器(11)和转轴(17)的轴心线位于同一条直线上。

3.根据权利要求1所述的一种模拟工业机器人单关节动态变负载变惯量的实验方法，其特征在于：所述第一机架(25)和第二机架(26)的工作台面位于同一水平面上，第一机架(25)和第二机架(26)之间设置有间隙，变惯量杆臂(14)带动摆臂(16)和质量滑块(13)转动时能自由从第一机架(25)和第二机架(26)之间的间隙穿过。

4.根据权利要求1所述的一种模拟工业机器人单关节动态变负载变惯量的实验方法，其特征在于：所述第一输入伺服电机(1)和第二输入伺服电机(5)均为永磁同步电机。

5.根据权利要求1所述的一种模拟工业机器人单关节动态变负载变惯量的实验方法，其特征在于：所述第一联轴器(3)、第二联轴器(22)、第三联轴器(10)和第四联轴器(8)均为弹性联轴器。

6.根据权利要求1所述的一种模拟工业机器人单关节动态变负载变惯量的实验方法，其特征在于：所述转轴(17)为多段阶梯轴，包括依次连接的第一直线段(27)、第二直线段(28)、第三直线段、第三台阶段(29)和第四直线段(30)，第一直线段(27)、第二直线段(28)和第三台阶段(29)的直径逐渐增大，所述第一直线段(27)和第四直线段(30)上设置有键槽，所述第二直线段(28)靠近第一直线段(27)的一端设置有传感器定位槽(31)，所述转轴(17)的第一直线段(27)与第三联轴器(10)通过键连接，所述变惯量杆臂(14)的一端设置有与转轴(17)的第四直线段(30)外径间隙配合的套筒，变惯量杆臂(14)的套筒与转轴(17)的第四直线段(30)通过键固定连接；所述转轴(17)的第二直线段(28)通过轴承支撑在第一双轴承座(12)上，变惯量杆臂(14)的一端通过转轴(17)的第三台阶段(29)进行轴向定位；所述角度传感器(11)为中空盘形角位移传感器，角度传感器(11)的外部固定座固定在第一双轴承座(12)上，角度传感器(11)的转动端套装在转轴(17)的第二直线段(28)设置有传感器定位槽(31)的一端，角度传感器(11)的转动端通过转轴(17)上的传感器定位槽(31)进行固定及定位。

7.根据权利要求1所述的一种模拟工业机器人单关节动态变负载变惯量的实验方法，其特征在于：假设转轴(17)与旋转轴(18)的轴心线距离为b，质量滑块(13)的质点到转轴(17)轴心线的距离为c，质量滑块(13)的质点到旋转轴(18)轴心线的距离为a，假设杆臂转过的角度为θ，可以得出假设质量滑块(13)的质量为m1，变惯量杆臂(14)的质量为m2，变惯量杆臂(14)的长度为L，变惯量杆臂(14)总的转动惯量为J，根据转动惯量计算公式可得：

接近于机器人关节惯量变化的特性。