CN104239745B - 一种基于脉冲步进电机调频滤波器的自动初始化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于脉冲步进电机调频滤波器的自动初始化方法。它通过计算机、电机驱动器、脉冲步进电机调频滤波器、测试仪器及稳压电源组成的自动初始化系统模拟人工操作，计算机内预置自动初始化工具，计算机、电机驱动器、脉冲步进电机调频滤波器、测试仪器组成回路，经过若干循环完成特征数据采集，并通过计算机计算后生成该滤波器需要的初始数据。本方法精度高、效率快、操作方便，适用多种频率范围，且初始化过程可无人值守，可对生成的初始化数据进行验证。可以将过程数据及结果保存为文件，使过程有可追溯性。本方法特点是在控制测试仪器的同时控制被测产品，两者协同进行，完全模拟人工操作，记录过程数据，并可避免人为错误。

Description

一种基于脉冲步进电机调频滤波器的自动初始化方法

技术领域

本发明涉及通信领域中采用脉冲步进电机调频滤波器的一种初始化方法，特别适用于产量大、要求准确度较高的采用脉冲步进电机调频滤波器产品。

背景技术

脉冲步进电机调频滤波器的研发生产过程中需要对滤波器进行初始化，而传统的初始化是需要人工操作仪器、控制滤波器进行滤波器特征数据采集的，这种方法效率低、由于长时间人工操作易出错。随后发展出一种测试装置可以减少人工操作避免出错，也可以提高测试效率。但这种装置在相对较低的频段、精度要求不高的滤波器产品可以使用，用于较高频段的滤波器时测试准确度不够，以至于测试较高频段滤波器时仍使用人工操作方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种自动初始化方法，且本方法具有初始化精度高、耗时短、通用性强、操作简单易用、功能多样化、可同时控制测试仪器与被测产品的特点。

本发明所要解决的技术问题是由以下技术方案实现的：

一种基于脉冲步进电机调频滤波器的自动初始化方法，该方法是借助于自动初始化系统来实现的，所述的自动初始化系统包括内部预置自动初始化工具的计算机1、电机驱动器2、脉冲步进电机调频滤波器3、网络分析仪4和稳压电源5，其包括以下步骤：

步骤一：通过计算机1选择自动初始化系统的自动磨合功能，并设置脉冲步进电机调频滤波器3的最高频率F_max和磨合次数N，操作完成后，进入磨合过程，磨合结束后执行步骤二；

步骤二：通过计算机1设置脉冲步进电机调频滤波器3的最高频率F_max和最低频率F_min，单击开始，计算机1根据设定的条件提示是否进行网络分析仪4的校准，若需要进行校准，则按计算机1的提示进行直通校准，否则，执行步骤三；

步骤三：查找脉冲步进电机调频滤波器3的频率为最低频率F_min时所对应的脉冲数，即初始脉冲；

步骤四：根据设置的脉冲步进电机调频滤波器3的最高频率F_max选择最优的特征数据采集方式；

步骤五：以初始脉冲为起点按照最优的特征数据采集方式采集脉冲步进电机调频滤波器3滤波过程中的特征数据，直至采集的脉冲步进电机调频滤波器3的频率值F’满足F’≥F_max时停止采集特征数据，判断是否需要验证，若需要验证执行步骤六；否则，直接结束初始化工作；

步骤六：通过插值法处理已经采集的数据，生成验证过程中需要的初始化数据，按照生成的初始化数据进行自动验证，验证完成后，初始化工作结束。

其中，步骤一中所述的磨合过程包括以下步骤：

步骤1.1：通过计算机1向脉冲步进电机调频滤波器3发送500步回零步进脉冲指令，脉冲步进电机调频滤波器3执行500步回零脉冲；

步骤1.2：网络分析仪4测试脉冲步进电机调频滤波器3步进完成后的频率f’；

步骤1.3：自动初始化工具判断f’与F_max的关系，如果f’＜F_max则再直接步进500个脉冲，并且跳至步骤1.3的操作；否则，记录总脉冲数a；

步骤1.4：脉冲步进电机调频滤波器3每次进行a个回零步进脉冲，共N次。

其中，步骤二中的设定条件为：同一批产品首件初始化必须要校准网络分析仪4。

其中，步骤三包括以下步骤：

步骤3.1：脉冲步进电机调频滤波器3回零步进n个脉冲，其中，n的初始值为5000；

步骤3.2：网络分析仪4测试脉冲步进电机调频滤波器3步进完成后的频率f’；如果|F_min-f’|＞2000Hz，自动初始化工具根据公式n’＝n+(F_min-f’)/(n/f’)对n进行优化，n’即为优化后的n，然后跳至步骤一；如果|F_min-f’|≤2000Hz，则记录n，n即为初始脉冲。

其中，步骤四中选择最优的特征数据采集方式包括以下步骤：

步骤4.1：读取脉冲步进电机调频滤波器3的最高频率F_max；

步骤4.2：根据读取的脉冲步进电机调频滤波器3的最高频率F_max选择最优的特征数据采集方式，其中，当F_max＜1GHz时，选择直接步进方式作为最优的特征数据采集方式采集特征数据；当F_max≥2GHz时，选择回零步进方式作为最优的特征数据采集方式采集特征数据；当1GHz≤F_max＜2GHz时，选择混合步进方式作为最优的特征数据采集方式采集特征数据，即先使用回零步进方式采集特征数据再使用直接步进方式采集特征数据，每采用3次直接步进方式使用1次回零步进方式。

本方法相比背景技术具有以下优点：

1、本方法可以实现对产品进行自动磨合，使新产品尽快进入稳定状态。增加初始化的准确性。

2、本方法简化了操作人的工作内容，操作人设置相关操作参数确认开始后即可离开，初始化过程可无人值守，大大提高了初始化工作效率。

3、本方法可全程自动记录数据，无需操作人手动记录，避免人为错误，提高初始化准确性。

4、本方法可以对初始化数据进行自动/手动验证，使初始化结果更可靠。

5、本方法可以将初始化过程数据存入Excel文件，使初始化过程具有可追溯性。

6、本方法适用于多种频率范围的滤波器(仅限于网络分析仪的可测试范围，但可通过更换网络分析仪扩展可测试范围)。具有较强的通用性。

7、本方法可用同种类型多型号网络分析仪实现，具有较强的通用性、可实现性。

8、本方法可根据被测滤波器频率范围选择合适的初始化方式。如频率范围偏低的产品自动使用效率较高的初始化方式，节约时间、提高效率；频率范围偏高的产品自动使用精确度较高的初始化方式，提高精确度。

9、本方法具有控制测试仪器的同时也控制被测产品的特点，完全模拟人工操作。

附图说明

图1为本方法实现所需测试平台的结构图；

图2为所述自动初始化工具的自动磨合功能原理图；

图3为本方法的流程图；

图4为本方法实施过程中查找初始脉冲的原理图；

图5为本方法实施过程中特征数据采集方式选择原理图。

具体实施方式

参照图1，本方法通过由计算机1、电机驱动器2、滤波器3、网络分析仪4、稳压电源5等组成的测试平台实现。它利用计算机1、电机驱动器2、滤波器3、网络分析仪4组成回路，计算机1根据用户设置的参数对网络分析仪4、电机驱动器2进行控制，采集网络分析仪4测试的滤波器过程数据，经过若干循环将滤波器特征数据采集完成。并通过计算机计算后生成该滤波器需要的初始化数据。

参照图1，所述计算机1的USB接口通过USB-GPIB转接卡与网络分析仪4的GPIB端口连接；所述计算机1的COM接口通过线缆与电机驱动器2的RS232接口相连；所述电机驱动器2的电源由稳压电源5提供两路分别为+5V和+15V的电源；所述电机驱动器2的脉冲输出端与滤波器3的脉冲步进电机输入端连接；所述滤波器3的输入、输出端通过两根测试线缆分别与网络分析仪4的输出、输入端连接。

产品磨合：产品初始化前应先进行磨合，使其进入稳定状态后再进行初始化。按图1连接完成，选择磨合功能。操作人只需设置滤波器3的最高频率F_max和磨合次数N；设置完成，自动初始化工具通过计算机1的COM端口向电机驱动器2发送步进500脉冲指令，电机驱动器2向滤波器3的脉冲步进电机发送500脉冲信号，滤波器3的脉冲步进电机开始调谐滤波器3的频率；调谐完成后，自动初始化工具通过计算机1的USB接口向网络分析仪4发送测试指令；网络分析仪4测试完成后通过GPIB接口向计算机1的USB接口发送测试数据(频率f’)，自动初始化工具的磨合模块判断是否是f’≥F_max；如果是则记录滤波器步进电机总脉冲数a电机回零开始以每次a个脉冲磨合，共磨合N次，如果否则继续直接步进500脉冲，如此循环直至f’≥F_max再开始磨合。操作人输入参数后，整个磨合的过程不需人为参与，完全由自动初始化工具通过计算机1协调整个系统完成，此过程参见图2。

进行初始化：参照图3，产品磨合完成后，开始进行初始化，首先操作人输入滤波器3的最高频率F_max、最低频率F_min，然后提示是否校准仪器，仪器在每次使用前必须校准，校准完成后会自动将校准信息存入仪器内，在连接状态不变的情况下可以选择不用校准，自动初始化工具自动读取校准信息。校准完成开始查找基准脉冲，根据滤波器最高频率F_max判断采集特征数据方式，以基准脉冲为起点开始采集数据，直至采集的频率值F’满足F’≥F_max后进行数据处理，生成我们所需要的初始化数据。操作人输入参数后，整个初始化过程除校准外不需人为参与，完全由自动初始化工具通过计算机1协调整个系统完成。

初始化数据生成后可按照生成的数据进行自动验证，验证过程不需人为参与，完全由自动初始化工具通过计算机1协调整个系统完成。验证完成，初始化工作结束，也可不进行验证直接结束。

查找初始脉冲：参照图4，初始脉冲既滤波器3频率为F_min时所对应的脉冲数。所述自动初始化工具通过COM接口向电机驱动器2发送回零脉冲命令，使滤波器回零。所述自动初始化工具通过COM接口向电机驱动器2发送回零步进n个脉冲，待电机步进完成后再通过USB接口向网络分析仪4发送测试指令；网络分析仪4返回测试结果由自动初始化工具分析后再进行增大或减小n重复以上步骤，直至测试结果等于F_min(容差±0.002MHz)，记录初始脉冲n。

选择初始化方式：参照图5，自动初始化工具根据F_max选择最优的特征数据采集方式。当F_max＜1GHz时，使用直接脉冲步进方式采集数据，更节省时间；当F_max≥2GHz时，使用回零步进方式采集数据，更准确；当1GHz≤F_max＜2GHz时，使用混合步进方式采集数据，如先回零步进再直接步进，且每直接步进3次回零1次，既节省时间又保证采集数据的准确性。当采集的频率值F’满足F’≥F_max后停止采集，并存储特征数据表。

Claims (4)

1.一种基于脉冲步进电机调频滤波器的自动初始化方法，该方法是借助于自动初始化系统来实现的，所述的自动初始化系统包括内部预置自动初始化工具的计算机(1)、电机驱动器(2)、脉冲步进电机调频滤波器(3)、网络分析仪(4)和稳压电源(5)，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：通过计算机(1)选择自动初始化系统的自动磨合功能，并设置脉冲步进电机调频滤波器(3)的最高频率F_max和磨合次数N，操作完成后，进入磨合过程，磨合结束后执行步骤二；

步骤二：通过计算机(1)设置脉冲步进电机调频滤波器(3)的最高频率F_max和最低频率F_min，单击开始，计算机(1)根据设定的条件提示是否进行网络分析仪(4)的校准，若需要进行校准，则按计算机(1)的提示进行直通校准，否则，执行步骤三；

步骤三：查找脉冲步进电机调频滤波器(3)的频率为最低频率F_min时所对应的脉冲数，即初始脉冲；

步骤四：根据设置的脉冲步进电机调频滤波器(3)的最高频率F_max选择最优的特征数据采集方式；

步骤五：以初始脉冲为起点按照最优的特征数据采集方式采集脉冲步进电机调频滤波器(3)滤波过程中的特征数据，直至采集的脉冲步进电机调频滤波器(3)的频率值F’满足F’≥F_max时停止采集特征数据，判断是否需要验证，若需要验证执行步骤六；否则，直接结束初始化工作；

步骤六：通过插值法处理已经采集的数据，生成验证过程中需要的初始化数据，按照生成的初始化数据进行自动验证，验证完成后，初始化工作结束；

其中步骤一中所述的磨合过程包括以下步骤：

步骤1.1：通过计算机(1)向脉冲步进电机调频滤波器(3)发送500步回零步进脉冲指令，脉冲步进电机调频滤波器(3)执行500步回零脉冲；

步骤1.2：网络分析仪(4)测试脉冲步进电机调频滤波器(3)步进完成后的频率f’；

步骤1.3：自动初始化工具判断f’与F_max的关系，如果f’＜F_max则再直接步进500个脉冲，并且跳至步骤1.3的操作；否则，记录总脉冲数a；

步骤1.4：脉冲步进电机调频滤波器(3)每次进行a个回零步进脉冲，共N次。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲步进电机调频滤波器的自动初始化方法，其特征在于步骤二中的设定条件为：同一批产品首件初始化必须要校准网络分析仪(4)。

3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲步进电机调频滤波器的自动初始化方法,其特征在于步骤三包括以下步骤：

步骤3.1：脉冲步进电机调频滤波器(3)回零步进n个脉冲，其中，n的初始值为5000；

步骤3.2：网络分析仪(4)测试脉冲步进电机调频滤波器(3)步进完成后的频率f’；如果|F_min-f’|＞2000Hz，自动初始化工具根据公式n’＝n+(F_min-f’)/(n/f’)对n进行优化，n’即为优化后的n，然后跳至步骤一；如果|F_min-f’|≤2000Hz，则记录n，n即为初始脉冲。

4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲步进电机调频滤波器的自动初始化方法，其特征在于步骤四中选择最优的特征数据采集方式包括以下步骤：

步骤4.1：读取脉冲步进电机调频滤波器(3)的最高频率F_max；

步骤4.2：根据读取的脉冲步进电机调频滤波器(3)的最高频率F_max选择最优的特征数据采集方式，其中，当F_max＜1GHz时，选择直接步进方式作为最优的特征数据采集方式采集特征数据；当F_max≥2GHz时，选择回零步进方式作为最优的特征数据采集方式采集特征数据；当1GHz≤F_max＜2GHz时，选择混合步进方式作为最优的特征数据采集方式采集特征数据，即先使用回零步进方式采集特征数据再使用直接步进方式采集特征数据，每采用3次直接步进方式使用1次回零步进方式。