CN113791346A - 双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法及系统，该方法包括：将控制指令发送至双余度电动伺服系统，接收反馈指令；对反馈指令进行解析；从存储队列中提取数据，并将所提取的数据存储在文件数据库中，生成系统实时反馈曲线状态图，根据实时反馈曲线状态图判断系统的实时性能状态；重复上述过程，设定时间后，将文件数据库中的所有数据存储到历史数据库中，对数据进行处理以获取双余度电动伺服系统的性能变化规律；根据电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化规律对电动伺服系统的工作性能进行评估。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中电动伺服系统调试流程过程复杂，调试时间长，工作效率低的技术问题。

Description

双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法及系统

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法及系统。

背景技术

伺服系统执行机构作为制导控制系统的重要组成部分，根据制导控制系统指令操纵翼、舵面偏转或摆动喷管偏转，实现导弹姿态稳定和控制。伺服系统技术涉及机械、自动控制、电气、电子、流体、材料等多个学科，在各类武器装备中，伺服系统技术是机载、弹载及陆用等装备自动控制系统中的重要组成部分和关键技术，是实现武器系统位置、速度、力矩等参数控制的执行机构，其性能和控制精度直接影响全系统的控制品质，是现代精确打击武器的重要控制执行部件。

电动伺服系统的参数在工作时，每个参数变化很难通过控制算法得到补偿。哪一个参数在实际工作中的变化对系统影响较大，那么可以在系统中着重对这种参数加以控制，对系统影响小的参数即可忽略，这样可以保证系统输出的稳定性及可靠性。在系统控制参数方面，诸如PID控制、模糊控制、神经网络控制等控制方法中包含不同的参数。掌握这些参数对伺服系统动态性能的影响，便可根据实际工况下要求的动态性能选择合适的控制参数，以便提高系统的控制精度。电动伺服系统参数调试工作需要不断更改后烧写入系统后进行测试，找到一套合适的参数需要进行多次调试。此种调试流程过程复杂，调试时间长，工作效率低。

发明内容

本发明提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法及系统，能够解决现有技术中电动伺服系统调试流程过程复杂，调试时间长，工作效率低的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法包括：模拟生成上级综控机系统发出的控制指令；将控制指令发送至双余度电动伺服系统，接收双余度电动伺服系统的反馈指令；对反馈指令进行解析，若反馈指令解析正确，将控制指令和反馈指令的数据按照指定顺序插入存储队列；若反馈指令解析错误，则保持上一拍数据，并将上一拍数据插入存储队列；按照指定顺序从存储队列中提取数据，并将所提取的数据存储在文件数据库中，根据文件数据库中的数据生成系统实时反馈曲线状态图，根据实时反馈曲线状态图判断双余度电动伺服系统的实时性能状态；重复上述过程，设定时间后，将文件数据库中的所有数据存储到历史数据库中，对历史数据库中的数据进行数据处理以获取双余度电动伺服系统的性能变化规律；根据电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化规律对电动伺服系统的工作性能进行评估，当电动伺服系统的指标不满足设定任务需求时，调整电动伺服系统的参数，重复上述过程，直至电动伺服系统的所有指标均满足设定任务需求，完成双余度电动伺服系统的自动测试以及参数调整转换。

进一步地，对历史数据库中的数据进行数据处理以获取电动伺服系统性能变化规律具体包括：剔除历史数据库中的野值与无效测试时间段；选取固定采样周期，并按照历史数据时序规律进行数据拼接，确定总历史数据长度；将总历史数据长度进行等长度离散划分以形成多个具有相同数量元素的历史数据集合；对多个历史数据集合进行量化比较，获取电动伺服系统的性能变化规律。

进一步地，对多个历史数据集合进行量化比较，获取电动伺服系统的性能变化规律具体包括：采用周期性累积误差为标尺的评价算法，针对多个历史数据集合，分别计算各个历史数据集合的周期累积误差量化值指标，将各个历史数据集合的周期累积误差量化值指标进行数值大小比较以获取电动伺服系统的性能变化规律。

进一步地，电动伺服系统的工作性能评估指标包括定量参数和定性参数，定量参数包括特定阶跃指令响应参数和随机指令响应误差参数，定性参数包括累计通电时间、拆装次数和故障记录次数。

进一步地，特定阶跃指令响应参数包括超调量、半震荡次数、调节时间和阶跃指令稳态误差。

进一步地，电动伺服系统的反馈指令包括帧计数、舵机状态字、舵控制指令、舵反馈指令、舵机电流和舵控占空比。

进一步地，对反馈指令进行解析具体包括：通过校验帧头、数据长度以及CRC校验和完成对反馈指令的解析。

根据本发明的又一方面，提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统，双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统使用如上所述的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法进行电动伺服系统的自动测试与参数调整转换。

进一步地，双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统包括：指令生成模块，指令生成模块用于模拟生成上级综控机系统发出的控制指令；指令输入模块，指令输入模块用于接收控制指令以及将控制指令以双余度形式同步发送至双余度电动伺服系统；生产者模块，生产者模块采用双余度形式进行设计，可用于发送及接收电动伺服系统双余度通道的控制指令和反馈指令、对反馈指令进行解析以及根据解析结果将控制指令和反馈指令的数据按照指定顺序插入存储队列；消费者模块，消费者模块采用双余度形式进行设计，可用于按照指定顺序从存储队列中提取数据，并将所提取的数据存储在文件数据库中，根据文件数据库中的数据生成系统双余度通道的两条实时反馈曲线状态图，根据实时反馈曲线状态图判断电动伺服系统的综合实时性能状态；数据解析模块，数据解析模块用于对历史数据库中的数据进行数据处理以获取电动伺服系统性能变化规律；健康状态评估模块，健康状态评估模块用于根据电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化状态对电动伺服系统的工作性能进行评估。

进一步地，电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统还包括实时测控模块，实时测控模块用于显示电动伺服系统的控制指令、舵反馈指令和舵机状态字曲线以及根据控制指令、舵反馈指令和舵机状态字曲线对电动伺服系统的工作性能进行实时测试。

应用本发明的技术方案，提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，该方法根据用户需求定时发送控制指令，接收电动伺服系统反馈信号，实时解析反馈信号并将产生的数据存入文件数据库；定时读取文件数据库中的数据进行图像显示，既保证实时性又避免过度占用系统资源，提高软件效率；通过对电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化规律对电动伺服系统的工作性能进行评估，当电动伺服系统的指标不满足设定任务需求时，调整电动伺服系统的参数，重复上述过程，直至电动伺服系统的所有指标均满足设定任务需求。此种方式与现有技术相比，数据存储、数据发送、数据解析并行工作互不影响，保证舵机控制稳定可靠；能够直观显示双余度电动伺服系统各项关键参数，对双余度电动伺服系统进行性能状态自动测试；根据测试结果动态调整系统参数，将参数转换校验固化后继续进行测试，直至电动伺服系统指标满足要求，该方法可大大降低人为调整测试的时间，大幅提升工作效率。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法的流程图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统的组成示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的测控系统软件正弦信号测试主界面图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的测控系统软件方波信号测试主界面图；

图5示出了根据本发明的具体实施例提供的测控系统软件弹道曲线信号测试主界面图；

图6示出了根据本发明的具体实施例提供的串口按特定设置初始化示意图；

图7示出了根据本发明的具体实施例提供的用户配置双串口界面示意图；

图8示出了根据本发明的具体实施例提供的离线数据管理及数据解析综合算法软件实现示意图；

图9示出了根据本发明的具体实施例提供的软件整体程序界面示意图；

图10示出了根据本发明的具体实施例提供的读取弹道曲线程序示意图；

图11示出了根据本发明的具体实施例提供的发送指令合成程序示意图；

图12示出了根据本发明的具体实施例提供的接收指令校验解析程序示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，所述技术、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。

如图1至图12所示，根据本发明的具体实施例提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，该双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法包括：模拟生成上级综控机系统发出的控制指令；将控制指令发送至双余度电动伺服系统，接收双余度电动伺服系统的反馈指令；对反馈指令进行解析，若反馈指令解析正确，将控制指令和反馈指令的数据按照指定顺序插入存储队列；若反馈指令解析错误，则保持上一拍数据，并将上一拍数据插入存储队列；按照指定顺序从存储队列中提取数据，并将所提取的数据存储在文件数据库中，根据文件数据库中的数据生成系统实时反馈曲线状态图，根据实时反馈曲线状态图判断双余度电动伺服系统的实时性能状态；重复上述过程，设定时间后，将文件数据库中的所有数据存储到历史数据库中，对历史数据库中的数据进行数据处理以获取双余度电动伺服系统的性能变化规律；根据电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化规律对电动伺服系统的工作性能进行评估，当电动伺服系统的指标不满足设定任务需求时，调整电动伺服系统的参数，重复上述过程，直至电动伺服系统的所有指标均满足设定任务需求，完成双余度电动伺服系统的自动测试以及参数调整转换。

应用此种配置方式，提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，该方法根据用户需求定时发送控制指令，接收电动伺服系统反馈信号，实时解析反馈信号并将产生的数据存入文件数据库；定时读取文件数据库中的数据进行图像显示，既保证实时性又避免过度占用系统资源，提高软件效率；通过对电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化规律对电动伺服系统的工作性能进行评估，当电动伺服系统的指标不满足设定任务需求时，调整电动伺服系统的参数，重复上述过程，直至电动伺服系统的所有指标均满足设定任务需求。此种方式与现有技术相比，数据存储、数据发送、数据解析并行工作互不影响，保证舵机控制稳定可靠；能够直观显示双余度电动伺服系统各项关键参数，对双余度电动伺服系统进行性能状态自动测试；根据测试结果动态调整系统参数，将参数转换校验固化后继续进行测试，直至电动伺服系统指标满足要求，该方法可大大降低人为调整测试的时间，大幅提升工作效率。

进一步地，在本发明中，对历史数据库中的数据进行数据处理以获取电动伺服系统性能变化规律具体包括：剔除历史数据库中的野值与无效测试时间段；选取固定采样周期，并按照历史数据时序规律进行数据拼接，确定总数据长度；将总历史数据长度进行等长度离散划分以形成多个具有相同数量元素的历史数据集合；对多个历史数据集合进行量化比较，获取电动伺服系统的性能变化规律。

其中，对多个历史数据集合进行量化比较，获取电动伺服系统的性能变化规律具体包括：采用周期性累积误差为标尺的评价算法，针对多个历史数据集合，分别计算各个历史数据集合的周期累积误差量化值指标，将各个历史数据集合的周期累积误差量化值指标进行数值大小比较以获取电动伺服系统的性能变化规律。

作为本发明的一个具体实施例，用户在离线数据管理界面导入历次测试数据,根据电动伺服系统历史数据实现对其性能退化规律分析,以获取电动伺服系统的性能变化规律。在本实施例中，对历史数据库中的数据进行数据处理的方法具体包括：按照时间顺序导入电动伺服系统所有历史数据记录，包含两通道的控制信号、反馈信号、状态字信息等；剔除测试数据中野值与无效测试时间段，完成历史数据的有效性整理，并标记数据记录起始时间；选取固定采样周期，并按照历史数据时序规律进行数据拼接，确定总数据长度；将总的历史数据长度进行等长度离散划分，形成电动伺服系统N个具有相同数量元素的历史数据集合S₁,…,S_N；本发明对电动伺服系统性能评估的数学算法为周期性累计误差为标尺的评价算法，针对划分的数据集合S₁,…,S_N，计算每个数据集合的周期累积误差量化值指标，并将所有集合的量化值按具体数值进行大小比较，得出电动伺服系统性能变化规律。

进一步地，在本发明中，电动伺服系统的工作性能评估指标包括定量参数和定性参数，定量参数包括特定阶跃指令响应参数和随机指令响应误差参数，定性参数包括累计通电时间、拆装次数和故障记录次数。其中，特定阶跃指令响应参数包括超调量、半震荡次数、调节时间和阶跃指令稳态误差。在特定阶跃指令中通过

检测超调量，通过比较反馈曲线过稳态值的次数以及σ绝对值超过5％的次数来判断半震荡次数，其中，y_max是指反馈指令最大值，y_st是指反馈指令稳态值，σ是指超调量；调节时间通过测试反馈曲线从阶跃开始时间到稳态值95％的时间，调节时间可用于表征电动伺服系统转速；阶跃指令稳态误差是指阶跃控制信号与反馈信号稳态值的差值，表征电动伺服系统稳态响应精度。随机指令响应误差参数是指随机控制信号与反馈信号之间的稳态差值，同样表征电动伺服系统稳态响应精度。

进一步地，在本发明中，电动伺服系统的反馈指令包括帧计数、舵机状态字、舵控制指令、舵反馈指令、舵机电流和舵控占空比。对反馈指令进行解析具体包括：通过校验帧头、数据长度以及CRC(Cyclic Redundancy Check)校验和完成对反馈指令的解析。

根据本发明的另一方面，提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统，该双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统使用如上所述的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法进行电动伺服系统的自动测试与参数调整转换。

应用此种配置方式，提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统，该系统根据用户需求定时发送控制指令，接收电动伺服系统反馈信号，实时解析反馈信号并将产生的数据存入文件数据库；定时读取文件数据库中的数据进行图像显示，即保证实时性又避免过度占用系统资源，提高软件效率；通过对电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化规律对电动伺服系统的工作性能进行评估，当电动伺服系统的指标不满足设定任务需求时，调整电动伺服系统的参数，重复上述过程，直至电动伺服系统的所有指标均满足设定任务需求。此种方式与现有技术相比，数据存储、数据发送、数据解析并行工作互不影响，保证舵机控制稳定可靠；能够直观显示双余度电动伺服系统各项关键参数，对双余度电动伺服系统进行性能状态自动测试；根据测试结果动态调整系统参数，将参数转换校验固化后继续进行测试，直至电动伺服系统指标满足要求，该系统可大大降低人为调整测试的时间，大幅提升工作效率。

进一步地，在本发明中双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统包括指令生成模块、指令输入模块、生产者模块、消费者模块、数据解析模块和健康状态评估模块，指令生成模块用于模拟生成上级综控机系统发出的控制指令，指令输入模块用于接收控制指令以及将控制指令以双余度形式同步发送至双余度电动伺服系统，生产者模块采用双余度形式进行设计，可用于发送及接收电动伺服系统双余度通道的控制指令和反馈指令、对反馈指令进行解析以及根据解析结果将控制指令和反馈指令的数据按照指定顺序插入存储队列，消费者模块采用双余度形式进行设计，可用于按照指定顺序从存储队列中提取数据，并将所提取的数据存储在文件数据库中，根据文件数据库中的数据生成系统双余度通道的两条实时反馈曲线状态图，根据实时反馈曲线状态图判断电动伺服系统的综合实时性能状态，数据解析模块用于对历史数据库中的数据进行数据处理以获取电动伺服系统性能变化规律，健康状态评估模块用于根据电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化状态对电动伺服系统的工作性能进行评估。

在此种配置方式下，采用改进的余度生产者/消费者设计模式，实现双通道设计需求，其生产者为定时工作循环，根据用户需求定时发送直流信号、正弦信号、方波信号、弹道曲线命令，接收电动伺服系统反馈信号，实时解析反馈信号并将产生的数据存入队列；消费者循环接收队列中的数据并存储为TDMS格式数据，消费者模式中定时读取TDMS数据进行图像显示，即保证实时性又避免过度占用系统资源，提高软件效率。生产者消费者并行工作互不影响，保证舵机控制稳定可靠。

进一步地，在本发明中，为了能够更加客观评估电动伺服系统的工作性能，可将电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统配置为还包括实时测控模块，实时测控模块用于显示电动伺服系统的控制指令、舵反馈指令和舵机状态字曲线以及根据控制指令、舵反馈指令和舵机状态字曲线对电动伺服系统的工作性能进行实时测试。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图12对本发明所提供的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法及系统进行详细说明。

如图1至图12所示，根据本发明的具体实施例提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，该方法具体包括：模拟生成上级综控机系统发出的控制指令；将控制指令发送至双余度电动伺服系统，接收双余度电动伺服系统的反馈指令；对反馈指令进行解析，若反馈指令解析正确，将控制指令和反馈指令的数据按照指定顺序插入存储队列；若反馈指令解析错误，则保持上一拍数据，并将上一拍数据插入存储队列；按照指定顺序从存储队列中提取数据，并将所提取的数据存储在文件数据库中，根据文件数据库中的数据生成系统实时反馈曲线状态图，根据实时反馈曲线状态图判断双余度电动伺服系统的实时性能状态；重复上述过程，设定时间后，将文件数据库中的所有数据存储到历史数据库中，对历史数据库中的数据进行数据处理以获取双余度电动伺服系统的性能变化规律；根据电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化规律对电动伺服系统的工作性能进行评估，当电动伺服系统的指标不满足设定任务需求时，调整电动伺服系统的参数，重复上述过程，直至电动伺服系统的所有指标均满足设定任务需求，完成双余度电动伺服系统的自动测试以及参数调整转换。

在具体应用时，采用基于Labview设计的一种电动伺服系统自动测试与参数调整转换软件来完成双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换。该自动测试与参数转换软件通过Labview的模块化设计功能将电动伺服系统各项测试需求集成在Labview多功能后台中，并设计基于任务指标的数据分析算法实现电动伺服系统的自动测试与参数自动调整装换的功能。

工作模式设计：主体框架采用生产者/消费者设计模式(数据)，其生产者为定时工作循环，通过定时发送数据命令(直流信号、方波信号、正弦信号等)或者数据(加载离线数据文件)至消费者循环(Actor)，执行具体操作。生产者消费者并行工作互不影响，保证测试控制系统的稳定可靠。

数据处理及实时显示手段：软件在消费者模块中定时读取存储TDMS格式数据进行绘图显示，既能保证图形显示的实时性，又避免了实时读取数据过多占用系统资源。

数据解析及校验：数据解析时通过校验帧头、数据长度，校验和等信息确保解析数据正确性，如无可用数据则保持上一帧数据。

自动测试功能：根据任务需求，设定用于测试伺服系统转速、传递系数、频带、最大转矩、阶跃响应时间、零位精度、死区等指标的指令，根据解析出的反馈数据进行任务指标判别，能否满足任务要求。

参数自动调整与转换：根据自动测试结果，如存在指标不满足任务需求，则根据策略进行对应参数的调整，将调整好的参数通过监控烧写入电动伺服系统后继续进行自动测试直至所有参数均满足要求。

下面结合具体实施方式对本发明的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法及系统进行详细说明。

1)系统顶层架构设计确定

根据双余度电动伺服系统的实时测控与数据解析需求，本发明的软件顶层架构可分为三个架构层次：

(a)前台功能模块，该模块主要进行软件界面层次设计，主要包括通讯设置模块、实时测控模块、数据解析模块。通讯设置模块可实现双余度电动伺服系统的通讯参数配置需求，从而实现双余度电动伺服系统与上位机的正常通讯，进行后续的测控流程；实时测控模块主要对双余度电动伺服系统的实时响应通过动态曲线的形式进行显示，具备多种指令信号注入功能，并配有数据形式和结果状态字的性能量化显示功能；数据解析模块主要对电动伺服系统的离线数据进行处理，通过运行后台的数据处理算法实现对电动伺服系统定性和定量数据的综合处理，得到电动伺服系统的性能变化规律，辅助维护决策。

(b)内部实现模块，该模块为双余度电动伺服系统测控和数据解析系统的后台实现模块，主要设计手段为通过改进后的余度生产者/消费者模式，实现双通道功能需求的支持设计。

(c)后台算法模块，该模块为双余度电动伺服系统测控和数据解析系统的算法支撑模块，为满足双余度电动伺服系统数据解析的功能，将数据预处理算法、指标合成算法和最终的健康状态评估算法，通过后台代码形式进行算法语言的编写，运行以上算法，实现对电动伺服系统数据的处理，实现性能变化规律的解析。

2)双余度电动伺服系统实时测控与数据解析顶层架构设计

本发明主体框架采用改进的余度生产者/消费者设计模式，实现双通道设计需求，其生产者为定时工作循环，根据用户需求定时发送直流信号、正弦信号、方波信号、弹道曲线命令，接收电动伺服系统反馈信号，实时解析反馈信号并将产生的数据存入队列；消费者循环接收队列中的数据并存储为TDMS格式数据，消费者模式中定时读取TDMS数据进行图像显示，即保证实时性又避免过度占用系统资源，提高软件效率。生产者消费者并行工作互不影响，保证舵机控制稳定可靠。在测试完成后，软件自动将TDMS格式数据转换为txt格式文本数据，提高了数据的通用可读性。

3)软件后台架构开发

本发明软件后台首先根据用户设置配置双余度舵系统的双通道通信的相关信息，实现上位机与下位机通信成功，用户输入直流信号、正弦信号、方波信号、弹道曲线命令，在生产者模块中软件依据通讯协议生成相应的指令分别通过两个通道发送至双余度电动伺服系统，接收双余度电动伺服系统反馈指令，一般包含帧计数、舵机状态字(包含参数状态、霍尔状态、位置状态、AD状态等)、舵控制指令、舵反馈指令、舵机电流、舵控占空比等信息，通过校验帧头、数据长度、CRC校验和等信息进行解析，若指令解析正确，软件将双余度电动伺服系统两路控制指令、反馈指令、状态字等信息按照指定时间顺序插入队列(通过队列完成生产者消费者模块间数据交互)，否则保持上一帧数据并将上一帧数据插入队列中。在消费者模式中数据按照存入时间顺序出队列，并写入软件指定文件夹下的TDMS格式文件中，TDMS文件以二进制方式存储数据，文件尺寸小、存储速度快，存储速度可达600M/s。软件同时每一秒钟读取一次TDMS文件数据中最新的1000个数据点，以时间为X轴，控制指令、反馈指令、电流信息等曲线在软件前面板显示，即保证实时性，又可以同时观测系统曲线状态。用户停止测试后软件出生产者消费者模式所有循环，按照顺序读取TDMS文件中所有数据，存储到软件指定文件夹(存储时用户可以选择其他文件夹)下的txt文件中，默认存储名称为“测试数据+系统年月日小时秒钟”，用户也可自行修改。

4)离线数据管理及数据解析综合算法软件实现

用户在离线数据管理界面导入历次测试数据,根据电动伺服系统历史数据实现对其性能退化规律分析,数据处理方法：按照时间顺序导入电动伺服系统所有历史数据记录，包含两通道的控制信号、反馈信号、状态字信息等；剔除测试数据中野值与无效测试时间段，完成历史数据的有效性整理，并标记数据记录起始时间；选取固定采样周期，并按照历史数据时序规律进行数据拼接，确定总数据长度；将总的历史数据长度进行等长度离散划分，形成电动伺服系统N个具有相同数量元素的历史数据集合S₁,…,S_N；本发明对电动伺服系统性能评估的数学算法为周期性累计误差为标尺的评价算法，针对划分的数据集合S₁,…,S_N，计算每个数据集合的周期累积误差量化值指标，并将所有集合的量化值按具体数值进行大小比较，得出电动伺服系统性能变化规律。

5)性能评估与维护决策支持界面设计

性能分析包括定量参数和定性参数两大类。定量参数包含特定阶跃指令响应参数和随机指令响应误差参数。在特定阶跃指令中通过

检测超调量，通过比较反馈曲线过稳态值的次数以及σ绝对值超过5％的次数来判断半震荡次数，其中，y_max是指反馈指令最大值，y_st是指反馈指令稳态值，σ是指超调量；调节时间通过测试反馈曲线从阶跃开始时间到稳态值95％的时间，调节时间可用于表征电动伺服系统转速；阶跃指令稳态误差是指阶跃控制信号与反馈信号稳态值的差值，表征电动伺服系统稳态响应精度。随机指令响应误差参数是指随机控制信号与反馈信号之间的稳态差值，同样表征电动伺服系统稳态响应精度。

定性参数包括数据有效性，表征数据已经过标准处理等流程，可用于电动伺服系统性能评估；累计通电时间用于电动伺服系统可靠性增长验证；拆装次数用于说明电动伺服系统可靠性实现情况；故障记录次数用于说明电动伺服系统可靠性实现情况，以上参数通过历史数据形式进行记录，用于评估时通过软件数据读取功能进行调用，通过后台算法运行得出量化值，支持维护决策。

6)实时测控与数据解析系统应用案例说明

实时测控模块：连接双余度舵机的电源与通信接口，设置好双路串口的通信号，给电动伺服系统通电后，用上位机进行测试，通过发送直流、正弦、方波、弹道曲线信号，接收电动伺服系统反馈指令，通过解析反馈指令，相应舵控曲线、1通道反馈曲线、2通道反馈曲线在XY图上显示，舵控指令、1通道反馈指令、2通道反馈指令、1通道状态字、2通道状态字等信号实时显示在数字显示框中。测试完毕后，点击停止键后，测试数据存储为文本数据。

数据解析模块：本发明具备在线和离线两种数据解析功能，在线数据解析主要借助电动伺服系统的双通道实时反馈曲线，通过状态字变化定位电动伺服系统的实时性能状态和故障模式等；离线数据解析主要通过调用历史存储数据，通过运行电动伺服系统性能评估算法，基于定性和定量参数定位电动伺服系统性能变化规律及当前的性能降级状态，并基于性能降级状态给出维护决策。

在本实施例中，提供了一种基于Labview设计的一种电动伺服系统自动测试与参数调整转换软件，通过Labview的“生产者-消费者”模式搭建测控指令的主体实显架构，通过并行数据处理功能实现电动伺服系统的数据实时显示，并设计基于任务指标的数据分析算法，实时处理时显数据、进行数据存储和性能状态判别，根据性能判别结果按照设计算法进行参数调整，将参数转换为固定格式并进行CRC32或其他校验方式，将转换后参数烧写入系统后继续进行自动测试，直至电动伺服系统各项指标均满足任务书要求后将参数进行固化，并转换为文本文件，方便状态复查复验。

综上所述，本发明提供了一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法和系统，该方法和系统与现有技术相比，具有以下优点。

第一，本发明针对双余度电动伺服系统开发了实时测控及数据解析系统，填补了目前缺少双余度电动伺服系统测控及数据解析系统的空白，开发原理能够为类似多余度电动伺服系统的测控系统设计提供借鉴。

第二，本发明设计具有实时显示功能，能够直观显示双余度电动伺服系统各项关键参数，对双余度电动伺服系统进行性能状态自动测试。根据测试结果动态调整系统参数，将参数转换校验固化后继续进行测试，直至电动伺服系统指标满足要求，该方法可大大降低人为调整测试的时间，大幅提升工作效率。

第三，该发明根据用户需求定时发送控制指令，接收电动伺服系统反馈信号，实时解析反馈信号并将产生的数据存入文件数据库；定时读取文件数据库中的数据进行图像显示，即保证实时性又避免过度占用系统资源，提高软件效率；通过对电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化规律对电动伺服系统的工作性能进行评估，当电动伺服系统的指标不满足设定任务需求时，调整电动伺服系统的参数，重复上述过程，直至电动伺服系统的所有指标均满足设定任务需求。此种方式与现有技术相比，数据存储、数据发送、数据解析并行工作互不影响，保证舵机控制稳定可靠。

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作出相应解释。

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。

以上所述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 (10)

1.一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，其特征在于，所述双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法包括：

模拟生成上级综控机系统发出的控制指令；

将所述控制指令发送至双余度电动伺服系统，接收所述双余度电动伺服系统的反馈指令；

对所述反馈指令进行解析，若所述反馈指令解析正确，将所述控制指令和所述反馈指令的数据按照指定顺序插入存储队列；若所述反馈指令解析错误，则保持上一拍数据，并将上一拍数据插入所述存储队列；

按照所述指定顺序从所述存储队列中提取数据，并将所提取的数据存储在文件数据库中，根据所述文件数据库中的数据生成系统实时反馈曲线状态图，根据所述实时反馈曲线状态图判断所述双余度电动伺服系统的实时性能状态；

重复上述过程，设定时间后，将所述文件数据库中的所有数据存储到历史数据库中，对所述历史数据库中的数据进行数据处理以获取所述双余度电动伺服系统的性能变化规律；

根据所述电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化规律对所述电动伺服系统的工作性能进行评估，当所述电动伺服系统的指标不满足设定任务需求时，调整所述电动伺服系统的参数，重复上述过程，直至所述电动伺服系统的所有指标均满足设定任务需求，完成所述双余度电动伺服系统的自动测试以及参数调整转换。

2.根据权利要求1所述的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，其特征在于，对所述历史数据库中的数据进行数据处理以获取所述电动伺服系统性能变化规律具体包括：

剔除所述历史数据库中的野值与无效测试时间段；

选取固定采样周期，并按照历史数据时序规律进行数据拼接，确定总历史数据长度；

将总历史数据长度进行等长度离散划分以形成多个具有相同数量元素的历史数据集合；

对多个所述历史数据集合进行量化比较，获取所述电动伺服系统的性能变化规律。

3.根据权利要求2所述的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，其特征在于，对多个历史数据集合进行量化比较，获取所述电动伺服系统的性能变化规律具体包括：采用周期性累积误差为标尺的评价算法，针对多个历史数据集合，分别计算各个历史数据集合的周期累积误差量化值指标，将各个历史数据集合的周期累积误差量化值指标进行数值大小比较以获取所述电动伺服系统的性能变化规律。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，其特征在于，所述电动伺服系统的工作性能评估指标包括定量参数和定性参数，所述定量参数包括特定阶跃指令响应参数和随机指令响应误差参数，所述定性参数包括累计通电时间、拆装次数和故障记录次数。

5.根据权利要求4所述的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，其特征在于，所述特定阶跃指令响应参数包括超调量、半震荡次数、调节时间和阶跃指令稳态误差。

6.根据权利要求1所述的电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，其特征在于，所述电动伺服系统的反馈指令包括帧计数、舵机状态字、舵控制指令、舵反馈指令、舵机电流和舵控占空比。

7.根据权利要求1所述的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法，其特征在于，对所述反馈指令进行解析具体包括：通过校验帧头、数据长度以及CRC校验和完成对所述反馈指令的解析。

8.一种双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统，其特征在于，所述双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统使用如权利要求1至7中任一项所述的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换方法进行电动伺服系统的自动测试与参数调整转换。

9.根据权利要求8所述的双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统，其特征在于，所述双余度电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统包括：

指令生成模块，所述指令生成模块用于模拟生成上级综控机系统发出的控制指令；

指令输入模块，所述指令输入模块用于接收控制指令以及将所述控制指令以双余度形式同步发送至双余度电动伺服系统；

生产者模块，所述生产者模块采用双余度形式进行设计，可用于发送及接收所述电动伺服系统双余度通道的控制指令和反馈指令、对所述反馈指令进行解析以及根据解析结果将所述控制指令和所述反馈指令的数据按照指定顺序插入存储队列；

消费者模块，所述消费者模块采用双余度形式进行设计，可用于按照所述指定顺序从所述存储队列中提取数据，并将所提取的数据存储在文件数据库中，根据所述文件数据库中的数据生成系统双余度通道的两条实时反馈曲线状态图，根据所述实时反馈曲线状态图判断所述电动伺服系统的综合实时性能状态；

数据解析模块，所述数据解析模块用于对所述历史数据库中的数据进行数据处理以获取所述电动伺服系统性能变化规律；

健康状态评估模块，所述健康状态评估模块用于根据所述电动伺服系统的反馈指令、实时性能状态和性能变化状态对所述电动伺服系统的工作性能进行评估。

10.根据权利要求9所述的电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统，其特征在于，所述电动伺服系统自动测试与参数调整转换系统还包括实时测控模块，所述实时测控模块用于显示所述电动伺服系统的控制指令、舵反馈指令和舵机状态字曲线以及根据所述控制指令、舵反馈指令和舵机状态字曲线对所述电动伺服系统的工作性能进行实时测试。

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