CN106406123B - 一种基于传递函数的转台指标分解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于传递函数的转台指标分解方法。针对转台指标要求无法精确量化和合理分解这一问题，本发明的方法首先将伺服系统中的性能指标影响因素定义为前向通道扰动和反馈通道噪声，并建立一种扰动和噪声到输出的通用模型和传递函数。根据输出指标要求和传递函数计算得到扰动和噪声的频域参数；再将扰动和噪声进行谐波分解，并对谐波量进行线性叠加计算得到时域的幅值和频率范围。采用本发明的方法，能够进行部件选型、电气和机械结构设计，有效提高了伺服系统的性能，明显降低了伺服系统工程研发成本。
Description
技术领域
本发明属于转台伺服控制系统设计技术领域，具体涉及一种基于传递函数的转台指标分解方法。本发明适用于光电跟踪转台或其他电机驱动转台性能指标设计与分解。
背景技术
光电跟踪转台、二轴随动转台和遥控转台等多采用电机驱动方式实现转台运动，其作战对象和毁伤效能等要求转台具备特定设计的伺服性能。根据闭环反馈系统原理可知，伺服系统的性能由被控对象、反馈信息和控制算法组成的整个环路决定；因此，需要对环路中所有影响伺服系统性能的因素进行明确地性能指标分解设计，比如电流传感器噪声、转台线束扰动力矩、载体扰动等。目前，通过CNKI和国家知识产权局网站查询到有：一种实现低功耗射频接收机的模块指标分解方法(CN104734643A)和区域配点网可靠性指标分解的方法(CN103400306A)等相关专利涉及指标分配和分解，但应用的领域和采用的技术途径各不相同，不适合转台的指标分解。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于传递函数的转台指标分解方法，本发明明确和量化了伺服系统中被控对象的扰动力矩和传感器噪声等指标，提高伺服系统的性能，降低工程研制的成本。
本发明的基于传递函数的转台指标分解方法，包括以下步骤：
a. 对显示界面进行初始化，清除键入框内容，对程序中使用的变量进行初始化；将转台伺服系统被控对象模型的传递函数、反馈通道模型传递函数、理想的控制器模型、输出响应指标频段要求、输出响应指标幅值要求、谐波分解的频率间隔输入至键入框；
b. 判断所有的键入框有数据输出，如果有，则转入步骤c；如果无，直接转入步骤d；
c.读取键盘数据，将数据按照规定的格式存在变量数组中；
d. 判断确定键是否有效，如果用户点击确定键，则确定键有效，转入步骤e，否则确定键无效，转入步骤l；
e.键入框输入的系数求解扰动输入到输出响应的传递函数，反馈通道噪声输入到输出响应的传递函数；
f.对计算出的传递函数的合理性进行判断，判断传递函数是否为有理式，判断传递函数是否为最小相位系统，如果两者都满足，则转入步骤g，如果两者中有一个不满足，则转入步骤l，等待终止程序的命令；
g.对输出的幅值和频率进行合理性判断，如果合理，则转入步骤h，如果不合理，则转入步骤l，等待终止程序的命令；
h根据输入的频率间隔进行合理判断，输入的间隔为0.1rad/s，需要计算谐波分解次数是否为整数，如果不为整数，则不合理，转入步骤l，等待终止程序的命令，如果合理则转入步骤i；
i.根据步骤g判断合理的输出指标要求和步骤f判断合理的传递函数分别计算出扰动和噪声的功率谱曲线，根据计算出的谐波次数进行线性叠加，求出时域内扰动和噪声的幅值，频率分布范围与输出指标要求一致；直接转入步骤j；
j.分别显示扰动和噪声的幅值、频率分布范围指标要求；直接转入步骤k；
k.判断程序终止命令是否有效，如果有效，则进入步骤m退出程序，如果无效，则转入步骤b重新扫描键入框是否有数据输入；
l.程序终止；
m.退出程序。
步骤g的幅值范围为-200dB~+200dB，频率范围为0.1rad/s~10000rad/s。
根据伺服系统动力学原理，建立伺服系统被控对象模型和反馈通道的等效模型；根据伺服系统被控对象模型和反馈通道模型建立基于s-域的传递函数，并根据伺服系统性能要求设计出理想的控制器。应用等效原理，将需要分解的指标项引入伺服系统模型，并建立前向通道扰动到输出或反馈通道噪声到输出的标准模型，并带入相关参数得到的传递函数。以输出响应的指标要求结合传递函数可反推出扰动的功率谱曲线或噪声的功率谱曲线。对功率谱曲线进行分析，求解出多次谐波并做线性叠加处理，得到时域内扰动的幅值和频率的量化指标要求或噪声的幅值和频率量化指标要求。
本发明的基于传递函数的转台指标分解方法，通过等效处理方法将伺服系统中前向通道的影响因素等效为前向通道的扰动；反馈通道的影响因素等效为反馈通道的噪声；建立一种扰动和噪声到输出的通用模型，在参数确定情况下得到其传递函数，根据输出响应的指标要求结合传递函数反推扰动或噪声的特性；由于反推的扰动或噪声特性是基于频域的，故需要将频域特性转换到时域，进而量化出扰动和噪声的指标要求，实现转台指标分解的目的。采用本发明的方法，能够进行部件选型、电气和机械结构设计，有效提高了伺服系统的性能，明显降低了伺服系统工程研发成本。
附图说明
图1为本发明中的可视化软件界面的示意图;
图2为本发明的流程图。
具体实施方法
下面将结合附图及实施例对本发明进行详细说明，以便对本发明的目的、特征和优点进行更深入的理解。
根据转台伺服系统被控对象模型和反馈通道模型建立s-域的传递函数，按照伺服系统性能要求得到理想的控制器。应用等效方法，将转台指标参数引入伺服系统模型中，并建立前向通道扰动到输出或反馈通道噪声到输出的标准模型，由相关参数得到的前向通道扰动到输出或反馈通道噪声到输出的传递函数，根据输出性能要求和传递函数逆向求解出扰动的功率谱曲线和噪声的功率谱曲线，并分别求解出多次谐波的系数和，代入线性叠加函数和线性叠加函数，其中为计算时的谐波次数。由最大值求解函数和分别得到扰动的幅值和频率的量化指标要求，由最大值求解函数和分别得到噪声的幅值和频率量化指标要求，其中为计算时的频率分辨率。
图1为本发明中的可视化软件界面的示意图，如图1所示，在可视化软件界面中，首先在被控对象模型输入框21键入被控对象的传递函数，例如传递函数为，则在G2(n)项键入分母系数“”和G2(d)项键入分子系数“”。在理想的控制器模型输入框22的G1(n)和G1(d)项键入传递函数多项式分子与分母的系数。在反馈通道模型输入框23的H1(n)和H1(d)项键入传递函数多项式分子与分母的系数；反馈通道模型输入框24的H2(n)和H2(d)项键入传递函数多项式分子与分母的系数。在输出响应指标频段要求25键入频段要求，形式为“”，表示频段为，单位为rad/s；在输出响应指标幅值要求26键入幅值要求，形式为“A”，单位为dB。在谐波分解的频率间隔27键入谐波分解的频率间隔，一般为0.1rad/s，可根据实际要求设定。点击确定键28后，可在扰动指标要求29和噪声指标要求210显示出幅值和频率指标要求。
图2为本发明中的可视化软件程序流程图。如图2所示，步骤30完成CPU、I/O、显卡、内存初始化。步骤31对显示界面进行初始化，清除键入框内容，对程序中使用的变量进行初始化。步骤32判断所有的键入框有数据输出，如果有，则转入步骤33读取键盘数据，并在步骤34将数据按照规定的格式存在变量数组中；如果无，直接转入步骤35。步骤35是判断确定键是否有效，如果用户点击确定键，则确定键有效，否则确定键无效；确定键无效，则转入步骤343，等待终值程序的命令；确定键有效，则执行步骤37，键入框输入的系数求解扰动输入到输出响应的传递函数，反馈通道噪声输入到输出响应的传递函数。在步骤38中对计算出的传递函数的合理性进行判断，判断传递函数是否为有理式，判断传递函数是否为最小相位系统，如果两者都满足，则转入步骤39，如果两者任有其一不满足，则转入步骤343，等待终值程序的命令。在步骤39中将要对输出性能指标要求进行合理性判断，幅值要求是否在-200dB~+200dB之间，频率是否在0.1rad/s~10000rad/s之间，如果合理，则转入步骤340，如果不合理，则转入步骤343，等待终值程序的命令。在步骤340中，算法将根据输入的频率间隔进行合理判断，一般输入的间隔为0.1rad/s，需要计算谐波分解次数是否为整数，如果不为整数，则不合理，转入步骤343，等待终值程序的命令，如果合理则转入步骤341。在步骤341中，算法将根据步骤39判断合理的输出指标要求和步骤38判断合理的传递函数分别计算出扰动和噪声的功率谱曲线，根据计算出的谐波次数进行线性叠加，求出时域内扰动和噪声的幅值，频率分布范围与输出指标要求一致。在步骤342中，分别显示扰动和噪声的幅值、频率分布范围等指标要求。转入步骤343判断程序终止命令是否有效，如果有效，则退出程序，如果无效，则转入步骤32重新扫描键入框是否有数据输入。
Claims (2)
1.一种基于传递函数的转台指标分解方法，包括如下步骤：
a.对显示界面进行初始化，清除键入框内容，对程序中使用的变量进行初始化；将转台伺服系统被控对象模型的传递函数、反馈通道模型传递函数、理想的控制器模型、输出响应指标频段要求、输出响应指标幅值要求、谐波分解的频率间隔输入至键入框；
b.判断所有的键入框有数据输出，如果有，则转入步骤c；如果无，直接转入步骤d；
c.读取键盘数据，将数据按照规定的格式存在变量数组中；
d. 判断确定键是否有效，如果用户点击确定键，则确定键有效，转入步骤e，否则确定键无效，转入步骤l；
e.键入框输入的系数求解扰动输入到输出响应的传递函数，反馈通道噪声输入到输出响应的传递函数；
f.对计算出的传递函数的合理性进行判断，判断传递函数是否为有理式，判断传递函数是否为最小相位系统，如果两者都满足，则转入步骤g，如果两者中有一个不满足，则转入步骤l，等待终止程序的命令；
g.对输出的幅值和频率进行合理性判断，如果合理，则转入步骤h，如果不合理，则转入步骤l，等待终止程序的命令；
h.根据输入的频率间隔进行合理判断，输入的间隔为0.1rad/s，需要计算谐波分解次数是否为整数，如果不为整数，则不合理，转入步骤l，等待终止程序的命令，如果合理则转入步骤i；
i.根据步骤g判断合理的输出指标要求和步骤f判断合理的传递函数分别计算出扰动和噪声的功率谱曲线，根据计算出的谐波次数进行线性叠加，求出时域内扰动和噪声的幅值，频率分布范围与输出指标要求一致；直接转入步骤j；
j.分别显示扰动和噪声的幅值、频率分布范围指标要求；直接转入步骤k；
k.判断程序终止命令是否有效，如果有效，则进入步骤m退出程序，如果无效，则转入步骤b重新扫描键入框是否有数据输入；
l.程序终止；
m.退出程序。
2.根据权利要求1所述的基于传递函数的转台指标分解方法，其特征在于：步骤g的幅值范围为-200dB~+200dB，频率范围为0.1rad/s~10000rad/s。
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