CN103067000B - 基于量子系统的伺服系统模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于量子系统的伺服系统模型，包括伺服单元、信号处理单元、信号控制单元及电压源206。其中，伺服单元依次与信号处理单元、信号控制单元、电压源206连接；信号处理单元与所述信号控制单元连接；同时，还与电压源206连接。本发明通过对伺服单元中量子鉴频器202、受控振荡器201二者静态特性同时进行分析，实现了对伺服系统模型的构建，同时，本发明具有结构简单、易操作的结构特点。

Description

基于量子系统的伺服系统模型

技术领域

本发明属于伺服系统模型设计技术领域，特别涉及一种基于量子系统的伺服系统模型。

背景技术

基于受控信号源的伺服闭环系统设计，应用于现实生活中的诸多领域，比如锁相环PLL、原子频标等。在实际的受控信号源的开环特性、系统的伺服特性研究中，设计人员面临着对整个系统闭环后的响应时间、闭环增益等参数的选择难题，有时甚至由于设计方向的错误，导致整个系统无法正常实现闭环锁定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于量子系统的伺服系统模型，以弥补现有技术中的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种量子系统的伺服系统模型，包括：伺服单元、信号处理单元、信号控制单元及电压源；所述伺服单元包括：量子鉴频器、受控振荡器；所述量子鉴频器依次与所述受控振荡器、所述信号处理单元连接；所述受控振荡器依次与所述电压源、所述信号控制单元连接；所述信号处理单元包括：检波单元、调制单元；所述检波单元依次与所述量子鉴频器、所述调制单元连接；所述信号控制单元与所述电压源连接。

进一步地，所述信号控制单元是用于控制系统开环与闭环工作状态的开闭环控制模块。

进一步地，所述检波单元是相敏检波器。

进一步地，所述调制单元是直流放大器。

本发明提供的一种基于量子系统的伺服系统模型，包括伺服单元、信号处理单元、信号控制单元及电压源。其中，伺服单元依次与信号处理单元、信号控制单元、电压源连接；信号处理单元与所述信号控制单元连接；同时，还与电压源连接。本发明通过对伺服单元中量子鉴频器、受控振荡器二者静态特性同时进行分析，实现了对伺服系统模型的构建，同时，本发明具有结构简单、易操作的结构特点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于量子系统的伺服系统模型的原理结构示意图；

图2为本发明实施例提供的量子鉴频器的静态特性曲线；

图3为本发明实施例提供的受控振荡器的静态特性曲线；

图4为本发明实施例提供的量子鉴频器、受控振荡器二者特性曲线绘制于同一V_c-ν坐标上关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提供的具体实施方式作进一步详细说明。

参见图1，本发明实施例提供的一种基于量子系统的伺服系统模型，包括伺服单元、信号处理单元、信号控制单元及电压源206。其中，伺服单元依次与信号处理单元、信号控制单元、电压源206连接；信号处理单元与所述信号控制单元连接；同时，还与电压源206连接。

其中，电压源206是精密可调电压源。

本实施例中，伺服单元包括：量子鉴频器202、受控振荡器201。其中，量子鉴频器202依次与受控振荡器201、信号处理单元连接；受控振荡器201依次与电压源206、信号控制单元连接。

本实施例中，信号处理单元包括：检波单元、调制单元；检波单元依次与量子鉴频器202、调制单元连接；调制单元与信号控制单元连接。

优选地，检波单元是相敏检波器203。

优选地，调制单元是直流放大器204。

本实施例中，信号控制单元是用于控制系统开环与闭环工作状态的开闭环控制模块205。其参与系统工作状态如下：

1、开环工作：开闭环控制模块205使能精密可调电压源按照某一参考输出电压值(例如：2V)以一定的步进(例如：1mV)进行线性输出，进一步使受控振荡器201输出频率发生变化。量子鉴频器202由于受控振荡器201不同频率的作用，获得相应的鉴频信号，经相敏检波器203检波处理获得一个大小不等的直流信号，并经直流放大器204进行一定量级的放大得到纠偏电压。但此时开闭环控制模块205限制纠偏电压的输入，进一步按照上述精密可调电压源线性步进输出…

2、闭环工作：开闭环控制模块206使能精密可调电压源输出固定的电压值(例如：2V)，受控振荡器201将获得固定的输出频率。量子鉴频器202由于受控振荡器频率信号的作用，获得相应的鉴频信号，经相敏检波器203检波处理获得一个大小不等的直流信号，并经直流放大器进行一定量级的放大得到纠偏电压，此时开闭环控制模块205允许纠偏电压的输入，这样受控振荡器201将受到原有精密可调电压源固定输出电压、以及纠偏电压的共同作用…

本实施例中，参加图2，量子鉴频器202在小调频下通过扫频经相敏检波器203检波后得出跃迁谱线的一次微商线性。其关系式是V_C＝f₁(ν-ν₀)。

其中，为表征量子鉴频器202的鉴频特性可将单位频偏下产生的直流偏电压V定义为鉴频效率：

其单位为V/Hz,在v～v₀时有：S_d≈tgα。

本实施例中，参见图3，受控振荡器201的静态特性(例如：压控晶振)曲线。其关系式是ν＝f₂(V_c)。

其中，同上述理论可将单位纠偏电压产生的振荡频率的变化量定义为压控斜率： $K_v=\frac{\mathrm{dv}}{{\mathrm{dV}}_c};$

其单位为HZ/V在V～0,v～v0附近有：K_ν≈tgβgβ。

本实施例在实际工作过程中，受控振荡器201、量子鉴频器202同时工作相互制约从而使受控振荡器201频率达到动态稳定，本实施例为对系统环路作定量分析，则将受控振荡器201、量子鉴频器202的特性同时进行分析，即求解方程组：

V_C＝f₁(ν-ν₀)

ν＝f₂(V_c)；

其中，方程组的解即为系统环路动态平衡条件。

参见图4，根据上述理论，本实施例将受控振荡器201、量子鉴频器202二者静态特性曲线绘制于同一V_c-ν坐标上，并基于下面理论进一步分析以支持本发明实施例所要解决的技术问题。

本实施例中，伺服单元的锁频过程起源于受控振荡器201的失谐因此在图4中将鉴频特性曲线的原点放在V_C＝0,v＝v₀上。同时，受控振荡器201特性曲线的原点则放在V_C＝0,v＝v_Vo处。其中，v_Vo-v₀称为开环差，记为闭环后由于伺服单元的锁频作用受控振荡器201频率变为v_V，它是二者静态特性曲线交点的横坐标值响应的纵坐标读数为V_C0，此交点为上述方程组的解，即在频差v_V-v₀作用下，量子鉴频器202输出的纠偏电压V_C0施于受控振荡器201，从而使其振荡频率从v_Vo变为v_V系统处于稳定平衡状态，故称v_V-v₀为闭环频差或剩余频差，记为在纠偏电压V_C0作用下受控振荡器201频率的变化v_Vo-v_V，称为控制频差，记为由图4可知：

${\mathrm{\δ}}_{v_c}={\mathrm{\δ}}_{v_K}-{\mathrm{\δ}}_{v_0}=-V_{\mathrm{co}}{K}_V$

$V_{\mathrm{co}}=\frac{({\mathrm{\δ}}_{v_0}-{\mathrm{\δ}}_{v_k})}{K_V}$

因为： ${\mathrm{\δ}}_{v_0}=\frac{V_{\mathrm{co}}}{S_d}$

即可得出：

${\mathrm{\δ}}_{v_0}=\frac{{\mathrm{\δ}}_{V_k}}{1-S_d{K}_V}$

由上述公式可得：系统中S_d及K_V愈大，则闭环后剩余频差δ_γo愈小。在闭环瞬间，由于v_v0-v₀＝δ_γk，量子鉴频器202输出纠偏电压V_Ca,受控振荡器201在此纠偏电压作用下将力图使其振荡频率变至图4点所对应的频率上，但V_Ca作用下受控振荡器201频率只要偏离v_Vo,量子鉴频器202输出的纠偏电压就随之改变，例如在V_Ca作用下受控振荡器201频率降低从a点变至b点，量子鉴频器202输出电压就从V_Ca变为V_CC，在此新纠偏电压作用下又再次使受控振荡器201频率变低，实际上纠偏电压和振荡器频率的变化是同时发生，这样系统工作状态就从鉴频曲线上的a点沿曲线移到两曲线之交点O，如果在外界扰动下受控振荡器频率偏离v_V，，例如继续降低使v＜v_V，则此时量子鉴频器202输出的纠偏电压V_C<V_C0，它将使受控振荡器201频率增高返回到原v_V，所以O点对应的是稳定工作状态。相反如果在外界扰动下如使v变化系统工作状态偏离O点后不会自动返回O点，则此点对应于不稳定工作状态。

本发明提供的一种基于量子系统的伺服系统模型，包括伺服单元、信号处理单元、信号控制单元及电压源206。其中，伺服单元依次与信号处理单元、信号控制单元、电压源206连接；信号处理单元与所述信号控制单元连接；同时，还与电压源206连接。本发明通过对伺服单元中量子鉴频器202、受控振荡器201二者静态特性同时进行分析，实现了对伺服系统模型的构建，同时，本发明具有结构简单、易操作的结构特点。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于量子系统的伺服系统模型，其特征在于，包括：伺服单元、信号处理单元、信号控制单元及电压源；

所述伺服单元包括：量子鉴频器、受控振荡器；

所述量子鉴频器依次与所述受控振荡器、所述信号处理单元连接；

所述受控振荡器依次与所述电压源、所述信号控制单元连接；

所述信号处理单元包括：检波单元、调制单元；

所述检波单元依次与所述量子鉴频器、所述调制单元连接；

所述调制单元与所述信号控制单元连接；

所述信号控制单元与所述电压源连接。

2.根据权利要求1所述基于量子系统的伺服系统模型，其特征在于：

所述信号控制单元是用于控制系统开环与闭环工作状态的开闭环控制模块。

3.根据权利要求1所述基于量子系统的伺服系统模型，其特征在于：

所述检波单元是相敏检波器。

4.根据权利要求1所述基于量子系统的伺服系统模型，其特征在于：

所述调制单元是直流放大器。