1.模拟工业机器人单关节变惯量变负载的实验方法，其特征在于：采用模拟工业机器人单关节变惯量变负载的实验装置，所述模拟工业机器人单关节变惯量变负载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)、第二联轴器(5)、角度传感器(6)、双轴承座(7)、变惯量杆臂(9)、转轴(8)、第二输入伺服电机(17)、第二减速器(16)、第三联轴器(15)、质量滑块(10)、摆臂(12)、滑动轴承座(14)、转动轴(13)、第一支撑底座(20)、第二支撑底座(21)、第三支撑底座(22)第四支撑底座(18)和滑槽底座(19)，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(22)上，第一输入伺服电机(1)的输出轴依次连接第一减速器(2)、第一联轴器(3)、动态扭矩传感器(4)、第二联轴器(5)、角度传感器(6)和转轴(8)，所述动态扭矩传感器(4)固定在所述第二支撑底座(21)上，所述转轴(8)通过第一双轴承座(7)支撑，第一双轴承座(7)固定在第一支撑底座(20)上；所述第二输入伺服电机(17)和第二减速器(16)均固定在第四支撑底座(18)上，第二输入伺服电机(17)的输出轴依次连接第二减速器(16)、第三联轴器(15)和转动轴(13)，所述滑动轴承座(14)可以通过定位螺钉固定在滑槽底座(19)不同定位孔上实现所述转动轴(13)的轴心线与转轴(8)的轴心线平行且距离可变；所述第一支撑底座(20)、第二支撑底座(21)、第三支撑底座(22)、第四支撑底座(18)和滑槽底座(19)均固定在工作台面上；转动轴(13)套装在滑动轴承座(14)并利用滑动轴承座(14)进行支撑，所述转动轴(13)与摆臂(12)的一端固定连接，所述摆臂(12)的另一端通过铰链(11)在质量滑块(10)上，所述质量滑块(10)上设置有与变惯量杆臂(9)相配合的通孔，质量滑块(10)套装在变惯量杆臂(9)上；所述变惯量杆臂(9)与转轴(8)平键连接，并用轴端挡圈限位；

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、第二联轴器(5)、角度传感器(6)后向转轴(8)传递扭矩，带动变惯量杆臂(9)的转动；与此同时，变惯量杆臂(9)带动质量滑块(10)沿摆臂旋转中心旋转的同时沿变质量杆臂(9)轴向滑动，实现惯量的动态变化；

步骤二：角度传感器(6)检测转轴(8)转动的角度，并将转轴(8)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(17)，利用控制系统控制第二输入伺服电机(17)输出同向或反向的负载扭矩通过转动轴(13)传递到摆臂(12)，从而给质量滑块(10)施加负载作用于变惯量杆臂(9)上，实现负载的动态变化，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(17)输出负载情况或改变转动轴旋转中心与变惯量杆臂旋转中心的距离b，或调整a的长度实现惯量的不同变化，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所述的模拟工业机器人单关节变惯量变负载的实验方法，其特征在于：所述输入伺服电机的输出轴、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(5)、角度传感器(6)和转轴(8)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变惯量变负载的实验方法，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(17)均为永磁同步电机。

4.根据权利要求1所述的一种模拟工业机器人单关节变惯量变负载的实验方法，其特征在于：所述第一联轴器(3)、第二联轴器(5)、第三联轴器(15)均为弹性联轴器。

5.根据权利要求1所述的模拟工业机器人关节变惯量变负载的实验方法，其特征在于：

所述转轴(8)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(8)的第一直线段(27)与第三联轴器(15)通过键连接，所述变惯量杆臂(9)的一端设置有与转轴(8)的第四直线段(30)外径间隙配合的套筒，变惯量杆臂(9)的套筒与转轴(8)的第四直线段(30)通过键固定连接；所述转轴(8)的第二直线段(28)通过轴承支撑在第一双轴承座(7)上，变惯量杆臂(9)的一端通过转轴(8)的第三台阶段(29)进行轴向定位；所述角度传感器(6)为中空盘形角位移传感器，角度传感器(6)的外部固定座固定在第一双轴承座(7)上，角度传感器(6)的转动端套装在转轴(8)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(6)的转动端通过转轴(8)上的传感器定位槽(31)进行固定及定位。

6.根据权利要求1所述的一种模拟工业机器人单关节变惯量变负载的实验方法，其特征在于：假设转轴(8)与旋转轴(8)的轴心线距离为b，质量滑块(10)的质点到转轴(8)轴心线的距离为c，质量滑块(10)的质点到旋转轴(8)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(10)的质量为m1，变惯量杆臂(9)的质量为m2，变惯量杆臂(9)的长度为L，变惯量杆臂(9)总的转动惯量为J，根据转动惯量计算公式可得：