CN108332929A - 柔性喷管的频率特性测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种柔性喷管的频率特性测量系统和方法。系统包括：伺服测试单元(101)，用于发出正弦扫频信号；控制器(102)，用于将正弦扫频信号分解为第一驱动信号和第二驱动信号；第一作动器(103)，与控制器(102)连接，用于基于第一驱动信号驱动柔性喷管进行正弦摆动；第二作动器(104)，与控制器(102)连接，用于基于第二驱动信号驱动柔性喷管进行正弦摆动；角速率陀螺(106)，用于测量柔性喷管(105)的响应信号；以及处理单元(108)，用于根据伺服测试单元(101)发出的正弦扫频信号、第一作动器(103)的第一反馈信号、第二作动器(104)的第二反馈信号以及角速率陀螺(106)发出的响应信号，确定柔性喷管(105)的频率特性。

Description

柔性喷管的频率特性测量系统和方法

技术领域

本申请涉及自动控制领域，具体而言，涉及一种柔性喷管的频率特性测量系统和方法。

背景技术

飞行器通过改变柔性喷管的气流喷射方向来控制飞行姿态，因此柔性喷管的频率特性是姿控系统设计的重要依据。指令信号通过正交的两套伺服机构同时驱动柔性喷管做特定摆角，由于伺服机构与柔性喷管结构固有特性的影响，指令信号在不同频率下，传递到喷管时会出现放大或衰减的现象。

现有柔性喷管频率特性测量系统只能同时测量一套伺服机构工作时的作动器反馈，没有考察到柔性喷管的结构特性，没有反映两套伺服机构同时工作时系统的频率特性，以此结果为依据建立的模型精度不高，对姿控系统设计的稳定性产生不利影响。因此，必须获取柔性喷管在两套伺服机构同时工作时各环节的频率特性，为自控系统设计建立更准确的模型。

针对上述测量系统只能同时测量一套伺服机构工作时的作动器反馈并且模型精度不高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种柔性喷管的频率特性测量系统和方法，以至少解决量系统只能同时测量一套伺服机构工作时的作动器反馈并且模型精度不的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种柔性喷管的频率特性测量系统，包括伺服测试单元，用于发出正弦扫频信号，还包括：控制器，用于将正弦扫频信号分解为第一驱动信号和第二驱动信号；第一作动器，与控制器连接，用于基于第一驱动信号驱动柔性喷管进行正弦摆动；第二作动器，与控制器连接，用于基于第二驱动信号驱动柔性喷管进行正弦摆动；角速率陀螺，用于测量柔性喷管的响应信号；以及处理单元，用于根据伺服测试单元发出的正弦扫频信号、第一作动器的第一反馈信号、第二作动器的第二反馈信号以及角速率陀螺发出的响应信号，确定柔性喷管的频率特性。

可选地，系统还包括数据采集器。数据采集器分别与伺服测试单元、第一作动器、第二作动器、角速率陀螺以及处理单元连接。

可选地，数据采集器配置为从伺服测试单元接收正弦扫频信号、从第一作动器接收第一反馈信号、从第二作动器接收第二反馈信号以及从角速率陀螺接收响应信号，并且将所接收的信息发送至处理单元。

可选地，数据采集器为动态采集卡。

可选地，数据采集器包括AD转换模块，用于将从伺服测试单元接收的正弦扫频信号、从第一作动器接收的第一反馈信号、从第二作动器接收的第二反馈信号以及从角速率陀螺接收的响应信号转换为数字信号。

根据本发明专利申请的另一个方面，提供一种利用上面任意一项所述的柔性喷管的频率特性测量系统测量柔性喷管的频率特性的方法。该方法包括：将测量系统的第一作动器和第二作动器与柔性喷管连接；将测量系统的角速率陀螺与柔性喷管连接；起动测量系统，从而第一作动器和第二作动器同时驱动柔性喷管做角运动；以及通过测量系统给的处理单元，根据测量系统的伺服测试单元发出的正弦扫频信号、第一作动器的第一反馈信号、第二作动器的第二反馈信号以及角速率陀螺发出的响应信号，确定柔性喷管的频率特性。

可选地，确定柔性喷管的频率特性的操作包括：将第一反馈信号和第二反馈信号进行矢量合成，获得包含柔性喷管的整个伺服系统的频率特性，以及第一作动器和第二作动器在同时工作的情况下的作动器频率特性。

在本发明实施例中，通过柔性喷管的频率特性测量系统的使用，达到了同时测量两套伺服机构工作时的作动器反馈，以及包含柔性喷管的整个伺服系统的频率特性，提高控制系统设计模型的准确性的目的，进而解决了系统只能同时测量一套伺服机构工作时的作动器反馈并且模型精度的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明专利申请的实施例的柔性喷管的频率特性测量系统的示意图；

图2示出了采用两个作动器同时对柔性喷管进行摆动时的示意图；以及

图3示出了利用根据本发明专利申请的实施例的柔性喷管的频率特性测量系统进行测量的方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

附图1示出了根据本申请的具体实施方式的柔性喷管的频率特性测量系统的示意图。参考图1所示，本申请的具体实施方式提供了一种柔性喷管105的频率特性测量系统，包括伺服测试单元101，用于发出正弦扫频信号。系统还包括：控制器102，用于将正弦扫频信号，分解为第一驱动信号和第二驱动信号；第一作动器103，与控制器102连接，用于基于第一驱动信号驱动柔性喷管进行正弦摆动；第二作动器104，与控制器102连接，用于基于第二驱动信号驱动柔性喷管进行正弦摆动；角速率陀螺106，用于测量柔性喷管105的响应信号；以及处理单元108，用于根据伺服测试单元101发出的正弦扫频信号、第一作动器103的第一反馈信号、第二作动器104的第二反馈信号以及角速率陀螺106发出的响应信号，确定柔性喷管105的频率特性。

参见图1所示，根据本发明专利申请的具体实施方式的频率特性测量系统包括两个作动器103和104。因此，在伺服测试单元101的正弦扫频信号的驱动下，第一作动器103和第二作动器104可以同时对柔性喷管105进行摆动。

具体地，从伺服测试单元101发出的柔性喷管摆动指令通过控制器102解算分解为两路信号，分别进入第一作动器103和第二作动器104，两套伺服作动器同时驱动柔性喷管进行摆动，处理单元108获取采集指令信号、两套作动器的反馈以及柔性喷管的响应，通过计算获取作动器以及整个伺服系统的频率特性。

从而，相对于现有技术中柔性喷管频率特性测量方法只能同时测量一套伺服机构的频率特性，且测量环节不完整的不足，在本发明的技术方案中，第一作动器103和第二作动器104同时与柔性喷管105相连，参见图2所示。通过分别控制两套作动器伸长或缩短，共同驱动柔性喷管105做特定角度的摆动。因此，本具体实施方式提供的测量系统能够测量两套作动器同时工作时作动器频率特性，以及包含柔性喷管的整个伺服系统的频率特性，以提高控制系统设计模型的准确性。从而解决了前述背景技术中所提出的的问题。

可选地，系统还包括数据采集器107。数据采集器107分别与伺服测试单元101、第一作动器103、第二作动器104、角速率陀螺106以及处理单元108连接。从而，数据采集器107可以同步采集指令信号、作动器103和104的反馈以及角速率陀螺106的响应信号，并将其传输给处理单元108。

具体地，所述数据采集器107配置为从所述伺服测试单元接收所述正弦扫频信号、从所述第一作动器103接收所述第一反馈信号、从所述第二作动器104接收所述第二反馈信号以及从所述角速率陀螺106接收所述响应信号，并且将所接收的信息发送至所述处理单元108。

从而，通过数据采集器107，本发明的测量系统可以动态实时地采集所述伺服测试单元的所述正弦扫频信号、所述第一作动器103的第一反馈信号、第二作动器104的第二反馈信号以及角速率陀螺106的响应信号。从而使得本发明的技术方案能够更加适应动态的数据采集。

可选地，数据采集器107为动态采集卡，例如PXI-4472B型动态采集卡。但是数据采集器107并不是实现本发明技术方案的必要条件，也可以将所述伺服测试单元101、所述第一作动器103、第二作动器104以及角速率陀螺106与处理单元108连接。可以利用处理单元108直接从所述伺服测试单元101、所述第一作动器103、第二作动器104以及角速率陀螺106接收信号和数据，并进行处理。此外，所述数据采集器107也可以是其他类型的数据采集器。所述数据采集器107与处理单元108也可以是一体的。

此外，所述数据采集器107包括AD转换模块，用于将从所述伺服测试单元接收的正弦扫频信号、从第一作动器103接收的第一反馈信号、从第二作动器104接收的第二反馈信号以及从角速率陀螺106接收的响应信号转换为数字信号。从而，数据采集器107将数字信号发送至处理单元108。

此外，角速率陀螺106可以采用VG910B型陀螺，并且可以选择通过BNC接口传输数据。

处理单元108可以是数据处理计算机，当然也可以是其他类型的数据处理器，例如DSP等。处理单元108将接收到的第一反馈信号和第二反馈信号进行矢量合成。

此外，参考图3所示，可以通过以下操作利用上述的测量系统测量柔性喷管的频率特性：

S302：将测量系统的第一作动器103和第二作动器104与柔性喷管105连接；

S304：将测量系统的角速率陀螺106与柔性喷管连接；

S306：起动测量系统，从而第一作动器103和第二作动器104同时驱动柔性喷管105做角运动；

S308：通过测量系统给的处理单元108，根据测量系统的伺服测试单元101发出的正弦扫频信号、第一作动器103的第一反馈信号、第二作动器104的第二反馈信号以及角速率陀螺106发出的响应信号，确定柔性喷管105的频率特性。

此外，确定所述柔性喷管105的频率特性的操作包括：将第一反馈信号和第二反馈信号进行矢量合成，获得包含柔性喷管105的整个伺服系统的频率特性，以及第一作动器103和第二作动器104在同时工作的情况下的作动器频率特性。

其中，处理单元108将输入的指令信号处理得到输入的角位移指令，将第一和第二反馈信号通过矢量合成得到两套伺服机构同时工作时作动器的角位移反馈，对速率陀螺的角速率响应信号积分得到柔性喷管的角位移响应，对输入输出角位移进行频率特性计算，获取整个伺服系统的频率特性幅频相频结果以及两套伺服机构同时工作时作动器的频率特性幅频相频结果。

从而，在本发明实施例中，通过柔性喷管的频率特性测量系统的使用，达到了同时测量两套伺服机构工作时的作动器反馈，以及包含柔性喷管的整个伺服系统的频率特性，提高控制系统设计模型的准确性的目的，进而解决了测量系统只能同时测量一套伺服机构工作时的作动器反馈并且模型精度不高的技术问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

此外，上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种柔性喷管(105)的频率特性测量系统，包括伺服测试单元(101)，所述伺服测试单元(101)用于发出正弦扫频信号，其特征在于，所述系统还包括：

控制器(102)，用于将所述正弦扫频信号分解为第一驱动信号和第二驱动信号；

第一作动器(103)，与所述控制器(102)连接，用于基于所述第一驱动信号驱动所述柔性喷管进行正弦摆动；

第二作动器(104)，与所述控制器(102)连接，用于基于所述第二驱动信号驱动所述柔性喷管进行正弦摆动；

角速率陀螺(106)，用于测量所述柔性喷管(105)的响应信号；以及

处理单元(108)，用于根据所述伺服测试单元(101)发出的所述正弦扫频信号、所述第一作动器(103)的第一反馈信号、所述第二作动器(104)的第二反馈信号以及所述角速率陀螺(106)发出的所述响应信号，确定所述柔性喷管(105)的频率特性。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括数据采集器(107)，所述数据采集器(107)分别与所述伺服测试单元(101)、所述第一作动器(103)、所述第二作动器(104)、所述角速率陀螺(106)以及所述处理单元(108)连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据采集器(107)配置为从所述伺服测试单元接收所述正弦扫频信号、从所述第一作动器(103)接收所述第一反馈信号、从所述第二作动器(104)接收所述第二反馈信号以及从所述角速率陀螺(106)接收所述响应信号，并且将所接收的信息发送至所述处理单元(108)。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据采集器(107)为动态采集卡。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据采集器(107)包括AD转换模块，用于将从所述伺服测试单元接收的所述正弦扫频信号、从所述第一作动器(103)接收的所述第一反馈信号、从所述第二作动器(104)接收的所述第二反馈信号以及从所述角速率陀螺(106)接收的所述响应信号转换为数字信号。

6.一种利用根据权利要求1-5中任意一项所述的柔性喷管的频率特性测量系统测量柔性喷管的频率特性的方法，其特征在于，包括：

将所述测量系统的第一作动器(103)和第二作动器(104)与所述柔性喷管(105)连接；

将所述测量系统的角速率陀螺(106)与所述柔性喷管连接；

起动所述测量系统，从而所述第一作动器(103)和所述第二作动器(104)同时驱动所述柔性喷管(105)做角运动；以及

通过所述测量系统的处理单元(108)，根据所述测量系统的伺服测试单元(101)发出的正弦扫频信号、所述第一作动器(103)的第一反馈信号、所述第二作动器(104)的第二反馈信号以及所述角速率陀螺(106)发出的响应信号，确定所述柔性喷管(105)的频率特性。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所述柔性喷管(105)的频率特性的操作包括：将所述第一反馈信号和所述第二反馈信号进行矢量合成，获得包含所述柔性喷管(105)的整个伺服系统的频率特性以及所述第一作动器(103)和所述第二作动器(104)在同时工作的情况下的作动器频率特性。