CN113972872A - 一种雷达伺服系统转动惯量及摩擦参数辨识方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种雷达伺服系统转动惯量及摩擦参数辨识方法，在一个具体实施方式中，该方法包括：S1：搭建雷达伺服系统；S2：获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的理论函数关系；S3：获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的拟合函数关系；S4：获得雷达伺服系统转动惯量辨识结果；S5：获得雷达伺服系统摩擦参数辨识结果。该实施方式仅应用雷达伺服系统大角度调转过程中的角速度和角加速度数据，且数据利用充分，算法简单，计算量小，便于实际应用。

Description

一种雷达伺服系统转动惯量及摩擦参数辨识方法
技术领域
本发明涉及雷达伺服系统参数辨识方法。更具体地，涉及一种雷达伺服系统转动惯量及摩擦参数辨识方法。
背景技术
在雷达伺服系统中，负载转动惯量以及摩擦力矩作为系统机械特性参数，在系统设计及工程实施阶段均具有重要参考价值。
一方面，雷达伺服系统的负载，实际上包括了雷达天线、旋转平台以及减速器和电机等所有旋转部分，转动惯量是所有旋转部分惯量的综合；摩擦力矩虽然其实际物理模型极其复杂，但在伺服传动机构合理的工艺水平保证下，在负载速度不为零时，工程上可将其简化为库伦摩擦力矩和粘滞摩擦力矩的组合，并且简化后的模型可以在很大程度上接近实际情况。另一方面，转动惯量和摩擦特性在雷达伺服系统设计阶段使用的是仿真计算或历史经验数据，在工程实施阶段一经生产制造完成，即成为产品固有特性不再改变。
通常情况下，转动惯量和摩擦特性在设计阶段所使用的数据与实际产品特性会有一定的误差。对转动惯量和摩擦参数的辨识，可以检验这些误差是否在合理可控的范围之内，并且为控制策略的选择和控制参数设计提供依据。具体而言，转动惯量和摩擦参数辨识的作用有如下几点：第一，复验设计的合理性，特别是辨识数据更大的情况下，复验减速器、电机等器件的过载能力；第二，以辨识数据为支撑设计速度回路和电流回路的饱和特性，以达到系统要求的最大角速度和最大角加速度指标；第三，以辨识数据为支撑，结合系统具体指标要求，选择合适的位置回路(以及速度、电流回路)控制策略，并设计相关控制器参数。
转动惯量和摩擦参数辨识的方法有多种，原理上都是基于伺服系统的动力学方程，寻求转动惯量、摩擦参数与负载输入力矩、负载角速度、负载角加速度的关系，从而建立求解方程。已有转动惯量和摩擦参数辨识方法，多数是利用点特征数据，数据利用不充分，且算法比较复杂，不利于实际应用。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种雷达伺服系统转动惯量及摩擦参数辨识方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种雷达伺服系统转动惯量及摩擦参数辨识方法，包括：
S1：搭建雷达伺服系统；
S2：获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的理论函数关系；
S3：获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的拟合函数关系；
S4：获得雷达伺服系统转动惯量辨识结果；
S5：获得雷达伺服系统摩擦参数辨识结果。
可选地，所述雷达伺服系统包括控制及驱动、负载及摩擦环节部分，定义雷达伺服系统转动惯量为J，控制及驱动部分输出力矩为MJ，摩擦力矩为Mf；定义雷达伺服系统输出角速度为ω，输出角加速度为
Figure BDA0003276748140000025
可选地，所述摩擦力矩Mf为库伦摩擦力矩Mc和粘滞摩擦力矩Mb之和，库伦摩擦力矩Mc是常数，粘滞摩擦力矩Mb与角速度ω成正比，比例系数为粘滞摩擦系数kω，即：
Mf＝Mc+kωω
其中，MJ为已知常数，ω和
Figure BDA0003276748140000026
为已知变量，J、Mc和kω为带辨识参数。
可选地，所述步骤S2中将雷达伺服系统大角度调转过程分为加速段和减速段，在加速段，MJ和Mf反向；在减速段，MJ和Mf同向，雷达伺服系统大角度调转的加速段和减速段的动力学方程为：
Figure BDA0003276748140000021
从而获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度
Figure BDA0003276748140000022
对角速度ω的理论函数关系
Figure BDA0003276748140000023
为：
Figure BDA0003276748140000024
可选地，所述步骤S3中雷达伺服系统进行大角度调转，通过采样获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角速度ω和角加速度
Figure BDA0003276748140000031
数据，并通过拟合方法得到加速段和减速段角速度ω和角加速度
Figure BDA0003276748140000032
拟合函数为：
Figure BDA0003276748140000033
其中，K+、K-、C+和C-为通过拟合方法得到的已知常数。
可选地，所述步骤S4包括：
对比雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的理论函数关系和拟合函数关系，得到雷达伺服系统转动惯量辨识结果为：
Figure BDA0003276748140000034
可选地，所述步骤S5包括：
对比雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的理论函数关系和拟合函数关系，得到雷达伺服系统摩擦参数辨识结果为：
Figure BDA0003276748140000035
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案，仅应用雷达伺服系统大角度调转过程中的角速度和角加速度数据，且数据利用充分，算法简单，计算量小，便于实际应用。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明的一个实施例所述雷达伺服系统转动惯量及摩擦参数辨识方法的流程图。
图2示出本发明实施例所述雷达伺服系统及其系统参数的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种雷达伺服系统转动惯量及摩擦参数辨识方法，如图1所示，该方法包括：
S1：搭建雷达伺服系统。
在一个具体示例中，所述雷达伺服系统包括控制及驱动、负载及摩擦环节部分，如图2所示，定义雷达伺服系统转动惯量为J，控制及驱动部分输出力矩为MJ，摩擦力矩为Mf；定义雷达伺服系统输出角速度为ω，输出角加速度为
Figure BDA0003276748140000041
为微分算符，表示该模块的输出是输入的微分；
Figure BDA0003276748140000042
为积分算符，表示该模块的输出是输入的积分。
Figure BDA0003276748140000043
为负载。
在一个具体示例中，所述摩擦力矩Mf为库伦摩擦力矩Mc和粘滞摩擦力矩Mb之和，库伦摩擦力矩Mc是常数，粘滞摩擦力矩Mb与角速度ω成正比，比例系数为粘滞摩擦系数kω，即：
Mf＝Mc+kωω
其中，MJ为已知常数，ω和
Figure BDA0003276748140000048
为已知变量，J、Mc和kω为带辨识参数。
S2：获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的理论函数关系。
在一个具体示例中，所述步骤S2中将雷达伺服系统大角度调转过程分为加速段和减速段，在加速段，MJ和Mf反向；在减速段，MJ和Mf同向，雷达伺服系统大角度调转的加速段和减速段的动力学方程为：
Figure BDA0003276748140000044
从而获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度
Figure BDA0003276748140000045
对角速度ω的理论函数关系
Figure BDA0003276748140000046
为：
Figure BDA0003276748140000047
S3：获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的拟合函数关系。
在一个具体示例中，所述步骤S3中雷达伺服系统进行大角度调转，通过采样获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角速度ω和角加速度
Figure BDA0003276748140000049
数据，并通过拟合方法得到加速段和减速段角速度ω和角加速度
Figure BDA0003276748140000054
拟合函数为：
Figure BDA0003276748140000051
其中，K+、K_、C+和C_为通过拟合方法得到的已知常数。
S4：获得雷达伺服系统转动惯量辨识结果。
在一个具体示例中，所述步骤S4包括：
对比雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的理论函数关系和拟合函数关系，得到雷达伺服系统转动惯量辨识结果为：
Figure BDA0003276748140000052
S5：获得雷达伺服系统摩擦参数辨识结果。
在一个具体示例中，所述步骤S5包括：
对比雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的理论函数关系和拟合函数关系，得到雷达伺服系统摩擦参数辨识结果为：
Figure BDA0003276748140000053
本发明实施例的雷达伺服系统转动惯量及摩擦参数辨识方法，仅应用雷达伺服系统大角度调转过程中的角速度和角加速度数据，且数据利用充分，算法简单，计算量小，便于实际应用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种雷达伺服系统转动惯量及摩擦参数辨识方法，其特征在于，包括：
S1：搭建雷达伺服系统；
S2：获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的理论函数关系；
S3：获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的拟合函数关系；
S4：获得雷达伺服系统转动惯量辨识结果；
S5：获得雷达伺服系统摩擦参数辨识结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雷达伺服系统包括控制及驱动、负载及摩擦环节部分，定义雷达伺服系统转动惯量为J，控制及驱动部分输出力矩为MJ，摩擦力矩为Mf；定义雷达伺服系统输出角速度为ω，输出角加速度为
Figure FDA0003276748130000011
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述摩擦力矩Mf为库伦摩擦力矩Mc和粘滞摩擦力矩Mb之和，库伦摩擦力矩Mc是常数，粘滞摩擦力矩Mb与角速度ω成正比，比例系数为粘滞摩擦系数kω，即：
Mf＝Mc+kωω
其中，MJ为已知常数，ω和
Figure FDA0003276748130000012
为已知变量，J、Mc和kω为带辨识参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中将雷达伺服系统大角度调转过程分为加速段和减速段，在加速段，MJ和Mf反向；在减速段，MJ和Mf同向，雷达伺服系统大角度调转的加速段和减速段的动力学方程为：
Figure FDA0003276748130000013
从而获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度
Figure FDA0003276748130000014
对角速度ω的理论函数关系
Figure FDA0003276748130000015
为：
Figure FDA0003276748130000016
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中雷达伺服系统进行大角度调转，通过采样获得雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角速度ω和角加速度
Figure FDA0003276748130000021
数据，并通过拟合方法得到加速段和减速段角速度ω和角加速度
Figure FDA0003276748130000022
拟合函数为：
Figure FDA0003276748130000023
其中，K+、K-、C+和C-为通过拟合方法得到的已知常数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
对比雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的理论函数关系和拟合函数关系，得到雷达伺服系统转动惯量辨识结果为：
Figure FDA0003276748130000024
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
对比雷达伺服系统大角度调转加速段和减速段角加速度对角速度的理论函数关系和拟合函数关系，得到雷达伺服系统摩擦参数辨识结果为：
Figure FDA0003276748130000025
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