CN111142375B - 一种改善控制稳定裕度的机构固有频率测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善控制稳定裕度的机构固有频率测试方法，将在现有控制系统低频段特性的基础上，通过振动激励，测试控制系统的扰动响应，从而评价机载光电平台控制稳定裕度受机构固有频率影响的程度，通过结构的改进优化，调整固有频率和阻尼，增加控制系统的稳定裕度，增强光电平台对外界振动的抑制能力，提高光轴的指向准确性，具有广阔的应用前景。

Description

一种改善控制稳定裕度的机构固有频率测试方法
技术领域
本发明涉及一种改善控制稳定裕度的机构固有频率测试方法，属于光电探测技术领域。
背景技术
机载光电平台主要用来隔离外界扰动，并跟随指令角度，实现对目标的捕获和精确跟踪。然而机载光电平台因为体积限制，机构固有扭转频率难以有效提高，在控制系统设计时将机构的固有谐振频率作为未建模特性处理，而控制闭环带宽限制在该谐振频率以内，严重限制了控制系统性能的提高。因此，必须对未建模特性内的谐振频率进行测试和数学描述，优化结构设计，提升机载光电平台的控制性能。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种改善控制稳定裕度的机构固有频率测试方法，将控制系统自身输入产生激励改为外部振动激励，克服控制系统自身输入激励时能量有限、激励频谱过窄的问题。
技术方案
一种改善控制稳定裕度的机构固有频率测试方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：根据控制系统设计过程，建立机构低频传递函数，将低频传递函数与控制器、传感器、执行元件的传递函数串联相乘，得到低频段的开环传递函数；
步骤2：依据给定的光电平台的振动量级和频段的要求，选取对应的振动激励，初始时选原振动量级的1/4，频段选择全频段；
步骤3：采用振动台进行随机振动激励，读取三轴惯性速率传感器的测量值，记录测量值与时间；
步骤4：分析响应记录，若对比未激励情况没有出现显著变化，即幅值不超过5dB，则判定控制系统稳定裕度足够，若发生显著变化，则不断缩小激励频段，先中低频段，再高频段，必要时应采取振动扫频方法，直到测到谐振点与阻尼；
步骤5：对机构优化，并重复步骤4，直到由开环传递函数计算得到的控制系统稳定裕度满足视轴指向对振动的抑制要求。
有益效果
本发明提出的一种改善控制稳定裕度的机构固有频率测试方法，将在现有控制系统低频段特性的基础上，通过对光电平台振动激励，测试控制系统的扰动响应，从而评价机载光电平台控制稳定裕度受机构固有频率影响的程度，通过结构的改进优化，调整固有频率和阻尼，增加控制系统的稳定裕度，增强光电平台对外界振动的抑制能力，提高光轴的指向准确性，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1机构固有频率测试原理图
图2控制系统与谐振的关系图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
一种改善控制稳定裕度的机构固有频率测试方法，通过增加随机振动对控制系统进行激励，让三轴速率传感器在很宽的频谱内进行响应，通过测试扰动响应，得到光电平台控制系统稳定裕度受固有频率影响的程度，再调整固有频率和阻尼，增加稳定裕度，增强光电平台对外界振动的抑制能力。主要涉及到三个方面：
1)控制系统低频段传递函数的确定。通过对控制系统设计参数分析，可以得到控制系统低频段传递函数。
2)随机振动激励选择。根据光电平台的特性，选择合适的随机振动量值和频段，并根据响应特性测时情况进行调整，量值选择从小到大，频段选择从宽到窄。
3)激励的响应测试。选用安装在光电平台上的三轴速率传感器，实时读取数据，并与激励频率对应，得到未建模频段的输出/输入特性，然后对机构进行谐振频率与阻尼系数的优化。
如图1和图2所示，具体实施步骤如下：
第一步，根据控制系统设计过程，建立机构低频传递函数，并将其与控制器、传感器、执行元件的传递函数串联相乘，得到低频段的开环传递函数，幅频特性见附图 2的低频段(0～ωc)，简化后传递函数应该为
Figure RE-GDA0002379211350000031
其中，K为控制系统的增益，τ为时间常数，s拉普拉斯算子，ζ为阻尼系数；
第二步，依据光电平台的振动量级和频段的要求，选取振动激励，初始时选原振动量级的1/4，频段选择全频段；
第三步，采用振动台进行随机振动激励，读取三轴惯性速率传感器的测量值，记录测量值与时间，测试原理见附图1；
第四步，分析响应记录，若对比未激励情况没有出现显著变化(幅值不超过5dB)，则判定控制系统稳定裕度足够，若发生显著变化，则不断缩小激励频段，先中低频段，再高频段，必要时应采取振动扫频方法，直到测到谐振点与阻尼。
第五步：对机构优化(比如增强机构刚度、适当增加配重)，并重复第四步，直到控制系统稳定裕度满足视轴指向对振动的抑制要求。
本发明在选定的频段内通过随机振动激励机构的固有谐振频率，利用陀螺仪对三轴速率的敏感特性测试相应频段的响应量，然后参考随机振动激励值，测试得到控制系统未建模特性的频率特性，通过对机构的改进，增加控制系统的稳定裕度，增强光电平台对外界振动的抑制能力，提高光轴的指向准确性。采用随机振动激励作为参考量，激励出机构的固有谐振，从而获得控制系统未建模特性的频率特性，并以此改进优化结构，调整固有频率和阻尼，增加控制系统的稳定裕度，提高光电平台对振动抑制能力的方法。

Claims (1)

1.一种改善控制稳定裕度的机构固有频率测试方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：根据控制系统设计过程，建立机构低频传递函数，将低频传递函数与控制器、传感器、执行元件的传递函数串联相乘，得到低频段的开环传递函数；
步骤2：依据给定的光电平台的振动量级和频段的要求，选取对应的振动激励，初始时选原振动量级的1/4，频段选择全频段；
步骤3：采用振动台进行随机振动激励，读取三轴惯性速率传感器的测量值，记录测量值与时间；
步骤4：分析响应记录，若对比未激励情况没有出现显著变化，即幅值不超过5dB，则判定控制系统稳定裕度足够，若发生显著变化，则不断缩小激励频段，先中低频段，再高频段，必要时应采取振动扫频方法，直到测到谐振点与阻尼；
步骤5：对机构优化，并重复步骤4，直到由开环传递函数计算得到的控制系统稳定裕度满足视轴指向对振动的抑制要求。
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