CN106569476B - 一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，利用天线自身的伺服控制器产生可变频率的正弦信号源，对天线轴系及系统进行扫频测试并记录。使用专业的matlab ident(系统辨识)工具箱记录数据进行处理，确定天线轴系固有频率和伺服带宽。具有控制软件装订在已有天线系统中、跟随设备、不增加硬件成本、操作简单、易于实现、不需昂贵设备等优点。

Description

一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法
技术领域
本发明涉及一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，属于卫星通信领域。
背景技术
在天线伺服系统设计中，必须知道天线伺服系统控制轴系的固有频率，在伺服系统研制过程和指标鉴定时也需了解系统带宽等指标。通常，天线轴系固有频率由设计计算给出，而在实际应用中发现，设计计算给出的天线轴系固有频率与实际系统有较大差距，进而影响伺服系统设计的质量；而目前天线轴系固有频率和伺服系统带宽的测试方法是使用测量仪器进行扫频，并由测量仪器给出系统的伯德图，从伯德图中分析得出机械系统固有频率和伺服系统带宽，此方法需要额外专门的设备，成本较高且与天线对接操作较复杂。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，不需要外界其他设备，利用天线自身的伺服控制器产生可变频率的正弦信号源，对天线系统轴系进行扫频测试并记录，依据测试结果，使用专业的matlab ident(系统辨识)工具箱进行天线轴系固有频率和伺服带宽的确定，具有操作简单，实现成本低等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
所述一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：利用天线伺服控制器产生幅值为A，频率范围为[fmin，fmax]，从fmin开始以f步进的变频正弦波激励信号，每个频率执行T时间；
步骤2：天线伺服控制器将产生的变频正弦波激励信号直接加于轴系电机；从频率为fmin以f为步进至fmax扫频，同时记录扫频过程中输入的变频正弦波激励信号和天线对应轴的角速率陀螺输出的速度响应数据；根据变频正弦波激励信号和不同频率下的天线对应轴角速率陀螺输出的速度响应数据作为原始数据，拟合出系统的传递函数，绘制对应的伯德图，根据伯德图幅频特性峰值对应的频率得到天线轴系的固有频率；
天线伺服控制器将产生的变频正弦波激励信号作为伺服系统速度环的输入指令；从频率为fmin以f为步进至fmax扫频，同时记录扫频过程中输入的变频正弦波激励信号和天线对应轴的角速率陀螺输出的速度响应数据；根据变频正弦波激励信号和不同频率下的天线对应轴角速率陀螺输出的速度响应数据作为原始数据，拟合出系统的传递函数，绘制对应的伯德图，根据伯德图幅频特性衰减3dB对应的频率得到天线轴系伺服系统的带宽。
进一步的优选方案，所述一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，其特征在于：采用matlab ident工具箱处理原始数据，拟合出系统的传递函数。
进一步的优选方案，所述一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，其特征在于：幅值A取轴系电机满量程输入信号的10％-15％。
进一步的优选方案，所述一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，其特征在于：fmin取值不大于天线轴系固有频率设计计算值的10％。
进一步的优选方案，所述一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，其特征在于：fmax大于天线轴系固有频率设计计算值的10倍。
进一步的优选方案，所述一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，其特征在于：T取变频正弦波激励信号对应周期的5-10倍。
进一步的优选方案，所述一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，其特征在于：f取带宽测试精度的0.1倍。
有益效果
本发明的有益效果为：
1.本方法不需要昂贵的测试仪器，即可进行天线各轴系的固有频率或带宽测量，提高了伺服系统设计的质量和调试进度；
2.本方法不需要添加硬件资源即可完成测量，降低了测试的复杂性；
3.可以灵活控制频率上下限和步进频率值。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本方法的实施例1流程图；
图2为本方法实施例1最终绘制的伯德图，谐振峰对应的频率对应轴系的固有频率。
图3为本方法实例2最终绘制的伯德图，输出衰减3dB对应的频率为轴系伺服系统的带宽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提出一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，不需要外界其他设备，利用天线自身的伺服控制器产生可变频率的正弦信号源，对天线系统轴系进行扫频测试并记录，依据测试结果，使用专业的matlab ident(系统辨识)工具箱进行天线轴系固有频率和伺服带宽的确定，具有操作简单，实现成本低等优点。
本发明基本原理是：当激励信号从执行机构处加入天线系统，在天线传动系统的固有频率处，天线的输出有最大值。当激励信号从伺服闭环控制输入端加入伺服系统中，天线的输出衰减3db处对应伺服系统的带宽。根据这个原理，以频率范围为[fmin，fmax]内的以f(Hz)步进的一定频率的正弦激励信号输入到电机的输入端，同时记录输出信号(天线的角速度信号)，天线输出的峰值所对应的频率既是天线的固有频率。上述信号从伺服闭环控制输入端加入伺服系统中，天线的输出衰减3dB处对应的频率即是伺服系统的带宽。
基于此，下面给出天线轴系固有频率及控制系统带宽自我检测的实施例：
实施例1：自我检测天线轴系固有频率：
步骤1：利用天线伺服控制器产生幅值为A，频率范围为[fmin，fmax]，从fmin开始以f(Hz)步进的变频正弦波占空比激励信号，每个频率执行T时间；
步骤2：天线伺服控制器将产生的变频正弦波占空比激励信号直接加于轴系电机；
步骤3：从频率为fmin以f为步进至fmax扫频，同时记录扫频过程中输入的变频正弦波占空比激励信号和天线对应轴的角速率陀螺输出的速度响应数据；
步骤4：根据变频正弦波占空比激励信号和不同频率下的天线对应轴角速率陀螺输出的速度响应数据作为原始数据，使用matlab ident工具箱，拟合出系统的传递函数，绘制对应的伯德图，根据伯德图幅频特性峰值对应的频率得到天线轴系的固有频率；如图2所示，所测试系统的轴系固有频率为7.88Hz。
其中A、fmin、fmax均是可以设置的，一般幅值A取轴系电机满量程输入信号的10％-15％，fmin取值不大于天线轴系固有频率设计计算值的10％，fmax大于天线轴系固有频率设计计算值的10倍；而每个频率执行时间取变频正弦波激励信号对应周期的5-10倍。
实施例2：控制系统带宽自我检测：
步骤1：利用天线伺服控制器产生幅值为A，频率范围为[fmin，fmax]，从fmin开始以f(Hz)步进的变频正弦波速度指令信号，每个频率执行T时间；
步骤2：天线伺服控制器将产生的变频正弦波速度指令信号作为伺服系统速度环的输入指令；
步骤3：从频率为fmin以f为步进至fmax扫频，同时记录扫频过程中输入的速度指令信号和天线对应轴的角速率陀螺输出的速度响应数据；
步骤4：根据速度指令信号和不同频率下的天线对应轴角速率陀螺输出的速度响应数据作为原始数据，使用matlab ident工具箱，拟合出系统的传递函数，绘制对应的伯德图，根据伯德图幅频特性衰减3dB对应的频率得到天线轴系伺服系统的带宽；如图3所示，所测试系统轴系速度环带宽为4.55Hz。
同样A、fmin、fmax、f均是可以设置的，一般幅值A取轴系电机满量程输入信号的10％-15％，fmin取值不大于天线系统带宽设计计算值的10％，fmax大于天线系统带宽设计计算值的10倍；而每个频率执行时间取变频正弦波激励信号对应周期的5-10倍；f取带宽测试精度的0.1倍。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：利用天线伺服控制器产生幅值为A，频率范围为[fmin，fmax]，从fmin开始以f步进的变频正弦波激励信号，每个频率执行T时间；
步骤2：天线伺服控制器将产生的变频正弦波激励信号直接加于轴系电机；从频率为fmin以f为步进至fmax扫频，同时记录扫频过程中输入的变频正弦波激励信号和天线对应轴的角速率陀螺输出的速度响应数据；根据变频正弦波激励信号和不同频率下的天线对应轴角速率陀螺输出的速度响应数据作为原始数据，拟合出系统的传递函数，绘制对应的伯德图，根据伯德图幅频特性峰值对应的频率得到天线轴系的固有频率；
天线伺服控制器将产生的变频正弦波激励信号作为伺服系统速度环的输入指令；从频率为fmin以f为步进至fmax扫频，同时记录扫频过程中输入的变频正弦波激励信号和天线对应轴的角速率陀螺输出的速度响应数据；根据变频正弦波激励信号和不同频率下的天线对应轴角速率陀螺输出的速度响应数据作为原始数据，拟合出系统的传递函数，绘制对应的伯德图，根据伯德图幅频特性衰减3dB对应的频率得到天线轴系伺服系统的带宽；
幅值A取轴系电机满量程输入信号的10％-15％；fmin取值不大于天线轴系固有频率设计计算值的10％；fmax大于天线轴系固有频率设计计算值的10倍；T取变频正弦波激励信号对应周期的5-10倍；f取带宽测试精度的0.1倍。
2.根据权利要求1所述一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法，其特征在于：采用matlab ident工具箱处理原始数据，拟合出系统的传递函数。
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