CN105044513A

CN105044513A - 一种快捷的频率特性测试系统

Info

Publication number: CN105044513A
Application number: CN201510446355.8A
Authority: CN
Inventors: 毛耀; 甘勋; 邓超; 李志俊; 田竞; 刘琼
Original assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2015-11-11

Abstract

本发明涉及一种快捷的频率特性测试系统，针对目前实验和工程中使用的频率特性测试方法的不足，提出一种基于上位机和带实时系统的下位机的频率测试系统。这种频率特性测试系统的频率测试方式、测试信号、处理测试信号方法等频率测试参数可配置，并能够自动完成文件的FTP功能、Matlab的自动调用功能，在完成参数设置后，只用点击开始按钮便可在上位机界面得到频率特性测试结果。本发明适合不同特点的测试对象，可配置型高，且操作步骤简单，非常适合实验测试和工程应用。

Description

一种快捷的频率特性测试系统

技术领域

本发明涉及自动控制测试领域，具体涉及一种快捷的频率特性测试系统。

背景技术

在控制系统中，首先需要对未知控制对象进行频率特性测试以获取系统的传递函数。得到控制系统准确的传递函数是进行基于频率特性的控制系统设计的基础，因此频率特性测试在工程应用有着重要的作用。因为待测对象的多样性，针对不同的对象，需要采用不同的测试信号和测试方法。目前测试频率特性的方式包括以下几种：

(1)第一种：采用动态分析仪进行频率特性测试，种类繁多，价格不菲，并且计算和分析能力有限，无法进行处理算法的迭代更新。

(2)第二种：基于事后数据处理的频率特性测试方法。采用FFT变换等处理方式获得频率特性，这类方法的原理是，通过获取选取单一的频率测试信号，获得响应数据后，再用Matlab进行处理进而获取频率特性，这类方法的不足在于频率特性测试信号和Matlab处理算法单一，并且操作步骤繁杂，通过手动方式获取数据的方式，并依赖具体的待测系统。

(3)第三种：基于采用虚拟仪器进行频率特性测试

专利CN201410756737阐述了一种基于虚拟仪器的频率特性测试系统，该系统基于单片机和DDS信号发生器、I/0解调器等。该系统的扫频信号由DDS信号发生器产生，只产生了Asin和Acos信号，这种方式的扫频信号不可配置，无法满足Asin信号测试结果不理想的情况。

(4)第四种：采用信号发生器和示波器来实现，通过手动或程控方式按照频率逐点测试，该方法简单易行，但是无法准确的获得相频特性

发明内容

针对上面系统频率特性测试方法的不足，本发明提出一种快速、简捷、能针对不同的控制对象的频率特性测试方法。本发明不需要繁杂的操作，在完成了频率特性需要的相关参数设置后只需要在上位机软件上点击一个开始按钮，即可在上位机显示界面上得到Matlab的频率特性测试结果，结果包括波特图以及根据波特图拟合的数学公式和传递函数。

本发明采用的技术方案为：一种快捷的频率特性测试系统，其包含上位机软件系统和带实时处理系统的下位机硬件平台，其中上位机软件系统包含界面操作软件和Matlab数学处理软件以及针对不同测试信号的算法处理库；下位机频率测试系统由带实时操作系统的高速硬件平台以及测试信号配置文件组成，其特征在于：上位机软件系统功能在于：(1)上位机软件系统完成频率特性测试的参数设置，包括频率特性测试方式、测试信号、幅值、信号测试周期相关设置；(2)上位机软件系统完成从下位机自动下载测试数据功能、并调用Matlab对数据进行处理，Matlab会根据频率特性测试方式和频率特性测试信号匹配相应的处理算法，整个过程在完成参数设置点击开始按钮后自动完成；带实时处理系统的下位机硬件平台的功能在于：(1)根据上位机的设置以及测试信号算法库产生测试信号；(2)实时发送测试信号并接收频率特性测试的结果；下位机硬件平台要具有高速的信号处理能力以及高采集频率；同时，上位机软件系统的上位机和带实时处理系统的下位机硬件平台的下位机要具有网络或者串口通信功能，上位机能够通过FTP或者其他方式获取到下位机的测试结果。

其中，上位机软件系统具备参数可配置、FTP自动下载和Matlab自动调用处理功能，其包括的界面软件可由不同的程序语言和平台完成。

其中，带实时处理系统的下位机硬件平台为由vxworks和PowrPC组成，由vxworls和嵌入式实时平台组成，或者由FPGA高速处理系统组成。

其中，上位机和下位机之间具备通信功能，通信的方式可由FTP网络通信或者串口通信完成。

进一步的，本发明的具体结构组成如下：

本发明的具体组成由图1所示，分别由上位机软件模块和带实时操作系统的下位机系统组成。其软件部分包括界面软件模块和Matlab软件模块。界面模块需完成的功能如下：

(1)完成配置命令的设置和发送，包括采样频率、扫频信号类型、扫频周期、扫频幅值、文件获取等频率特性测试相关参数的命令设置和发送；

(2)具备自动调用Matlab的功能并能够显示Matlab回传的处理结果；

(3)具备显示功能，能够显示Matlab处理数据得到的波特图以及拟合得到的数学公式和传递函数；

(4)具备显示功能和FTP网络功能或串口等常用通信功能；

(5)Matlab模块根据界面模块设置的参数自动匹配需要采用的数学处理算法，采用成熟的数学处理算法能够保证结果的正确性。

进一步的，本发明包含实时操作系统下位机平台的硬件平台可以由嵌入式数字控制器PC104、微型计算机系统或者其他高性能的嵌入式硬件平台；软件实时系统可以是Linux、也可以是Vxworks或者其他实时操作系统。无论怎样的组合需要具备如下特征和功能。

(1)具备高速处理能力、能够快速的完成频率特性测试信号的产生和响应结果的采集以及大数据的存盘功能。

(2)能够和上位机界面软件进行通信，根据上位机的参数设置，自动匹配配置文件的信号产生代码，产生响应的频率特性测试信号。

(3)具备网络或者串口通信功能，测试结束后，能够向上位机发送命令以下载测试的数据。

本发明与现有方法相比具备以下优点：

(1)操作简便：参数配置完成后，只用点击一个开始按钮，软件和软件、软件和硬件自动完成响应功能。克服了传统方法的操作步骤繁杂的问题，在完成频率特性参数设置后，操作将全部自动进行，直到获取到频率特测试的结果。结果不仅包括波特图，还包括拟合的数学公式和传递函数。在这个过程中，通过界面软件在接到下位机测试完成后的命令会自动下载数据，并自动调用matlab进行处理得到结果。结果会自动在界面上显示。

(2)可配置性、版本迭代性高：针对不同的系统，软件可配置扫频信号、硬件采样频率、Malab采用的处理算法，对应的matlab的结果拟合算法也可配置，版本迭代起来非常方便。

(3)使用范围广：可以使用不同特点的待测系统，选用不同的硬件平台和实时系统以及处理的算法、测试的方法等，克服了传统方法由于处理方式单一带来使用范围窄的问题。

附图说明

图1为测试方法结构图；

图2为测试方法步骤图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

1、本发明的迭代和更新方案

参考图1的结构图，由于本发明适用于不同的情况的测试对象，可以配置不同的测试信号并可以对不同的频率测试方式才采用不同的数学算法以获取测试结果，所以需要两个关键的“库“：一个上位机Matlab数据处理算法库，一个频率特性测试信号库。这就意味着本发明的迭代更新非常容易。本发明测试系统更新方案：上位机软件系统和下位机硬件实时系统都可以通过迭代更新。上位机软件程序自动调用的Matlab版本可以在程序中可以进行迭代更新，而Matlab针对不同频率特性测试信号和数据的处理算法，可以通过Matlab的M文件进行迭代更新，同时上位机的界面软件可随时迭代更新。下位机平台，通过上位机的设置产生频率特性测试信号的方式可以通过下位机读取配置文件进行迭代更新。

2、本发明的具体执行流程：

如图2所示，具体的步骤如下：

步骤1：在上位机界面进行频率特性测试相关参数的设置，这些设置包括：(1)选用哪一种频率特性测试信号，如Sin信号、白噪声信号、Chirps信号等，选择的不同信号，Matlab程序在输出处理时对应调用不同的数学处理算法；(2)测试的信号幅值；(3)是否变周期测试以及测试的周期数；(4)其他针对不同的频率测试方法的设置，这些设置对不同的测试方式会有不同，在这不详细参数。

步骤2：点击界面开始按钮进行频率特性测试，到此测试人员不需再做任何操作，以下操作是自动完成。

步骤3：下位机实时系统平台根据上位机界面的设置，调用信号产生配置文件产生对应的频率特性测试信号，进行频率特性测试。

步骤4：频率特性测试结束后，下位机向上位机发送试验结束命令，上位机在接受命令后，自动通过FTP或者其他通信方式完成从下位机完成数据的下载。

步骤5：上位机界面软件在数据下载完成后。自动调用Matlab进行数据的处理，处理时会根据选择的频率特性处理方式进行响应的数学算法处理。

步骤6：Matlab处理完成后，结果回传到界面进行显示，将测量得到的波特图和Matlab拟合得到的数学公式和传递函数进行显示。

根据以上的描述，本领域相关的研究人员可以充分的了解本发明的思路。本发明虽然没展示具体的上位机软件界面，并且对参数的设置也没有全部罗列，也并没有选用具体的下位机的硬件平台，但将整个测试方案和核心思想进行了详细的讲解，综上所述，本说明书不应该理解为对本发明的限制。所以如果依据本测试方案和思路进行的改进以及具体实施，均属于本发明的权利保护范围，具体以附权利要求为准。

Claims

1.一种快捷的频率特性测试系统，其包含上位机软件系统和带实时处理系统的下位机硬件平台，其中上位机软件系统包含界面操作软件和Matlab数学处理软件以及针对不同测试信号的算法处理库；下位机频率测试系统由带实时操作系统的高速硬件平台以及测试信号配置文件组成，其特征在于：上位机软件系统功能在于：(1)上位机软件系统完成频率特性测试的参数设置，包括频率特性测试方式、测试信号、幅值、信号测试周期相关设置；(2)上位机软件系统完成从下位机自动下载测试数据功能、并调用Matlab对数据进行处理，Matlab会根据频率特性测试方式和频率特性测试信号匹配相应的处理算法，整个过程在完成参数设置点击开始按钮后自动完成；带实时处理系统的下位机硬件平台的功能在于：(1)根据上位机的设置以及测试信号算法库产生测试信号；(2)实时发送测试信号并接收频率特性测试的结果；下位机硬件平台要具有高速的信号处理能力以及高采集频率；同时，上位机软件系统的上位机和带实时处理系统的下位机硬件平台的下位机要具有网络或者串口等通信功能，上位机能够通过FTP或者其他方式获取到下位机的测试结果。

2.根据权利要求1所述的频率特性测试系统，其特征在于：上位机软件系统具备参数可配置、FTP自动下载和Matlab自动调用处理功能，其包括的界面软件可由不同的程序语言和平台完成。

3.根据权利要求1所述的频率特性测试系统，其特征在于：带实时处理系统的下位机硬件平台为由vxworks和PowrPC组成，由vxworls和嵌入式实时平台组成，或者由FPGA高速处理系统组成。

4.根据权利要求1所述的频率特性测试系统，其特征在于：上位机和下位机之间具备通信功能，通信的方式可由FTP网络通信或者串口通信完成。