專利名稱：一種舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。
技術(shù)背景
舵系統(tǒng)是導(dǎo)彈飛行控制系統(tǒng)中的重要組成部分，是導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)，使導(dǎo)彈產(chǎn)生控制力或控制力矩，從而穩(wěn)定導(dǎo)彈飛行狀態(tài)或改變飛行狀態(tài)。 舵系統(tǒng)通常由舵機(jī)、綜合放大器、舵面、反饋裝置、比較裝置組成，首先比較裝置接收外部的控制信號(hào)，與反饋裝置反饋回來(lái)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)不等時(shí)，則把兩者的差值送給綜合放大器，由綜合放大器控制舵機(jī)偏轉(zhuǎn)，從而控制外部操縱部件動(dòng)作。
傳統(tǒng)的舵系統(tǒng)測(cè)試方法多以靜態(tài)性能參數(shù)測(cè)試為主，難以對(duì)各種瞬態(tài)異常現(xiàn)象做出及時(shí)準(zhǔn)確的判定，舵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能直接關(guān)系到導(dǎo)彈飛行的穩(wěn)定性與調(diào)節(jié)的快速性。舵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試指標(biāo)主要有過(guò)渡過(guò)程、靈敏度、超調(diào)量以及彈道軌跡仿真等。對(duì)于過(guò)渡過(guò)程、靈敏度和超調(diào)量測(cè)試，測(cè)試流程明確，激勵(lì)信號(hào)類型簡(jiǎn)單，通過(guò)現(xiàn)有的軟硬件資源可以實(shí)現(xiàn)。而彈道軌跡仿真的激勵(lì)信號(hào)則一般無(wú)規(guī)律，且該激勵(lì)信號(hào)要求能夠嚴(yán)格按照導(dǎo)彈飛行時(shí)的狀態(tài)和控制時(shí)序來(lái)控制，現(xiàn)有的資源很難保證實(shí)時(shí)性，且計(jì)算機(jī)占用資源比較高。 傳統(tǒng)的驗(yàn)證該性能方法都要用實(shí)際飛行試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，成本高，且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。因此急需開(kāi)發(fā)一種能夠按照以往實(shí)際飛行試驗(yàn)中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，真實(shí)的生成相應(yīng)的彈道軌跡曲線的舵系統(tǒng)控制信號(hào)裝置，實(shí)現(xiàn)用地面模擬試驗(yàn)代替飛行試驗(yàn)。對(duì)舵系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)，進(jìn)而利用仿真動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程檢測(cè)信息對(duì)控制模型進(jìn)行辨識(shí)與仿真，將是舵系統(tǒng)綜合性能分析、設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)性能評(píng)估、驗(yàn)證的有效手段。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。采用本發(fā)明可以用于地面模擬飛行狀態(tài)試驗(yàn)，解決了在實(shí)驗(yàn)室條件下無(wú)法驗(yàn)證舵系統(tǒng)在真實(shí)彈道軌跡曲線控制情況下的動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況和性能測(cè)試的問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，用于產(chǎn)生控制舵系統(tǒng)工作控制信號(hào)，包括以下步驟
(1)接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制指令和輸入信號(hào)參數(shù)，所述輸入信號(hào)參數(shù)，包括信號(hào)類型、信號(hào)幅度和或信號(hào)頻率，或?qū)楋w行時(shí)產(chǎn)生的彈道軌跡曲線參數(shù)；
(2)根據(jù)控制指令對(duì)輸入信號(hào)參數(shù)進(jìn)行解析構(gòu)造解析信號(hào)，將獲得的解析信號(hào)送入步驟(3)，所述解析信號(hào)為直流信號(hào)、交流信號(hào)或彈道軌跡曲線信號(hào)；
(3)對(duì)送入的解析信號(hào)進(jìn)行判斷
若解析信號(hào)為直流信號(hào)或交流信號(hào)，直接作為測(cè)試信號(hào)送入步驟(4)；
若解析信號(hào)為彈道軌跡曲線信號(hào)，進(jìn)行濾波作為測(cè)試信號(hào)輸出到步驟；
(4)對(duì)輸入的測(cè)試信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的測(cè)試信號(hào)送入步驟(5)；
(5)將步驟(4)送入的測(cè)試信號(hào)進(jìn)行緩存，將測(cè)試信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和濾波后，將測(cè)試信號(hào)從一路或多路輸出。
所述步驟(3)中，若解析信號(hào)為彈道軌跡曲線信號(hào)，則進(jìn)行如下濾波
若解析信號(hào)的幅值大于被測(cè)舵系統(tǒng)控制信號(hào)的最大幅值，則對(duì)解析信號(hào)進(jìn)行限幅濾波，將解析信號(hào)的幅值控制在被測(cè)舵系統(tǒng)控制信號(hào)的最大副值內(nèi)；
若解析信號(hào)的幅值變化速度超過(guò)了被測(cè)舵系統(tǒng)的響應(yīng)速度，則對(duì)解析信號(hào)進(jìn)行消抖濾波；
若解析信號(hào)的高頻分量超過(guò)被測(cè)舵系統(tǒng)所能響應(yīng)的最高頻率，則對(duì)解析信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除解析信號(hào)中超過(guò)被測(cè)舵系統(tǒng)響應(yīng)范圍的高頻分量；
若需要對(duì)舵系統(tǒng)某段頻率區(qū)間中的響應(yīng)性能進(jìn)行測(cè)試，則對(duì)解析信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，獲取對(duì)于被測(cè)頻率區(qū)間內(nèi)的測(cè)試信號(hào)；
若需要對(duì)舵系統(tǒng)在響應(yīng)頻率范圍內(nèi)的高頻區(qū)間響應(yīng)能力進(jìn)行測(cè)試，則對(duì)解析進(jìn)行高通濾波，獲得高頻范圍內(nèi)的測(cè)試信號(hào)。
所述步驟(4)中采用一階或二階模型對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，獲得精度符合要求的測(cè)試信號(hào)并輸出。
所述步驟(5)對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行RC濾波，其中R = 100 Ω，C = 0. IuF0
所述步驟(5)中，測(cè)試信號(hào)最多從6路同時(shí)輸出。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明所述方法實(shí)時(shí)性好、定時(shí)精度高。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)控制測(cè)試信號(hào)的輸出，當(dāng)彈道曲線的兩個(gè)控制信號(hào)之間的時(shí)間間隔小于3ms時(shí)，計(jì)算機(jī)很難保證按照該時(shí)間輸出控制信號(hào)且定時(shí)精度不高。本發(fā)明根據(jù)輸入信號(hào)參數(shù)產(chǎn)生用于控制舵系統(tǒng)的測(cè)試信號(hào)，在輸出前進(jìn)行緩存，根據(jù)實(shí)際的測(cè)試需要進(jìn)行輸出，因此具體較高的實(shí)時(shí)性，例如在本發(fā)明實(shí)施例中采用2MHz的晶體震蕩器，時(shí)間誤差不大于0. 001ms，能夠滿足嚴(yán)格按照外部輸入信號(hào)的時(shí)間輸出控制信號(hào)的要求。
(2)可以有效節(jié)省計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，使用本發(fā)明所述方法，可以將產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)的流程固化到獨(dú)立的硬件上，不占用計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源，再獲得輸入信號(hào)參數(shù)后可以自動(dòng)根據(jù)流程產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)，不再需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制。
(3)采用本發(fā)明可以同時(shí)輸出一路或多路測(cè)試信號(hào)，最多可達(dá)6路測(cè)試信號(hào)的輸出。通常一套舵系統(tǒng)為4只舵機(jī)，最多為6只，因此可以滿足能夠滿足最大需求。
0)、本發(fā)明根據(jù)輸入信號(hào)參數(shù)可以產(chǎn)生包括直流、交流和根據(jù)實(shí)際彈道軌跡產(chǎn)生的彈道軌跡曲線在內(nèi)的三種不同類型的測(cè)試信號(hào)，測(cè)試信號(hào)的輸出類型豐富。
(5)本發(fā)明在對(duì)彈道軌跡曲線測(cè)試信號(hào)輸出前，根據(jù)舵系統(tǒng)的實(shí)際工作能力和產(chǎn)生的彈道軌跡曲線測(cè)試信號(hào)，可對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行多種形式的濾波，滿足了測(cè)試要求的同時(shí)， 也保證了測(cè)試的安全性，不會(huì)對(duì)被測(cè)的舵系統(tǒng)造成傷害。


圖1為本發(fā)明流程圖2為本發(fā)明實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施方式
下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
如圖1所示，為本發(fā)明流程圖，具體如下
(1)計(jì)算機(jī)根據(jù)產(chǎn)生用于確定測(cè)試信號(hào)的輸入信號(hào)參數(shù)。本發(fā)明測(cè)試信號(hào)可以分為直流信號(hào)、交流信號(hào)和彈道軌跡曲線信號(hào)。對(duì)于直流信號(hào)，輸入信號(hào)參數(shù)為信號(hào)的幅度； 對(duì)于交流信號(hào)，輸入信號(hào)參數(shù)為信號(hào)的幅度和頻率；對(duì)于彈道軌跡曲線信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)導(dǎo)彈飛行時(shí)的實(shí)際彈道軌跡，產(chǎn)生輸入信號(hào)參數(shù)。
(2)根據(jù)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的輸入信號(hào)參數(shù)，構(gòu)造解析信號(hào)。構(gòu)造的解析信號(hào)類型與測(cè)試信號(hào)類型相對(duì)應(yīng)，包括直流信號(hào)、交流信號(hào)和彈道軌跡曲線信號(hào)。
(3)若解析信號(hào)為直流信號(hào)或交流信號(hào)，則因?yàn)樵撔盘?hào)為測(cè)試裝置內(nèi)部產(chǎn)生，不會(huì)被環(huán)境所干擾，只需對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償即可，不需進(jìn)行濾波。若解析信號(hào)為彈道軌跡曲線信號(hào)， 則由于外部輸入信號(hào)由于導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中受到環(huán)境干擾導(dǎo)致控制信號(hào)上疊加了一定的雜波信號(hào)或者用戶想考察舵系統(tǒng)某一方面的性能指標(biāo)，需要進(jìn)行濾波。
對(duì)于不同型號(hào)的舵系統(tǒng)所需要的控制信號(hào)最大幅值不同，可能是8V、IOV或12V， 如果超過(guò)最大值，則可能會(huì)對(duì)舵系統(tǒng)造成損壞，因此如果彈道軌跡曲線信號(hào)有超過(guò)被測(cè)舵系統(tǒng)控制信號(hào)最大幅值的時(shí)候，就要對(duì)該軌跡曲線進(jìn)行限幅濾波；由于舵系統(tǒng)的響應(yīng)速度比較慢，所以對(duì)信號(hào)的突然大幅度的變化不能及時(shí)響應(yīng)且可能對(duì)舵系統(tǒng)內(nèi)的電機(jī)造成損傷，因此當(dāng)外部信號(hào)波形有幅度較大變化時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行消抖濾波；舵系統(tǒng)是一個(gè)低頻響應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)于高頻信號(hào)無(wú)法及時(shí)響應(yīng)，所以當(dāng)彈道軌跡波形曲線頻率高于被測(cè)舵系統(tǒng)所能響應(yīng)的最高頻率時(shí)，應(yīng)對(duì)該曲線信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理；當(dāng)用戶想要測(cè)試舵系在某段頻率區(qū)間的性能指標(biāo)時(shí)可以采用帶通濾波方式對(duì)彈道軌跡曲線信號(hào)進(jìn)行濾波；如果用戶想測(cè)試舵系統(tǒng)在高頻控制信號(hào)下的工作狀態(tài)時(shí)，則需要對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行高通濾波。
完成步驟(3)的處理后，解析信號(hào)將作為測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)入步驟(4)。
(4)在步驟中，需要對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。具體的補(bǔ)償方法如下可采用y = ax+b形式的一階模型或y = ax2+bx+c形式的二階模型進(jìn)行補(bǔ)償，以滿足控制信號(hào)輸出精度滿足設(shè)計(jì)要求。具體采用哪種模型進(jìn)行補(bǔ)償，取決于D/A芯片的線性度。其中表達(dá)式里的 y是輸出給執(zhí)行模塊控制D/A輸出用的，χ為步驟C3)處理后的解析信號(hào)，而a、b、c則是用戶根據(jù)D/A芯片的線性度好壞擬合出來(lái)的系數(shù)。
(5)補(bǔ)償后的測(cè)試信號(hào)將被進(jìn)行緩存，將測(cè)試信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和濾波后，根據(jù)實(shí)際的測(cè)試要求將測(cè)試信號(hào)從一路或多路輸出。
根據(jù)上述方法，本發(fā)明在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用硬件和VHDL語(yǔ)言編程相結(jié)合的方式將對(duì)測(cè)試信號(hào)生成和輸出的整個(gè)流程進(jìn)行固化。從而可在接收到計(jì)算機(jī)輸出輸入信號(hào)參數(shù)后，自主的完成對(duì)測(cè)試信號(hào)的輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)舵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試。
如圖2所示，所述步驟(1) (3)通過(guò)信號(hào)生成模塊實(shí)現(xiàn)，其中，信號(hào)生成模塊中的解析模塊完成對(duì)輸入信號(hào)參數(shù)的解析，生成解析信號(hào)。并根據(jù)解析信號(hào)的類型，選擇是否輸出到濾波模塊進(jìn)行濾波或者直接輸出到SDRAM中進(jìn)行緩存。濾波模塊對(duì)彈道軌跡曲線信號(hào)的解析信號(hào)進(jìn)行如上所述的濾波后，再輸出到SDRAM中進(jìn)行緩存。在信號(hào)生成模塊中，由 SDRAM將存儲(chǔ)的解析信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)輸出。
所述步驟(4)通過(guò)控制模塊實(shí)現(xiàn)。在控制模塊中，對(duì)于類型為交流信號(hào)的測(cè)試信號(hào)，需要進(jìn)行接口時(shí)序的配置，計(jì)算出某一時(shí)刻執(zhí)行模塊應(yīng)輸出的控制信號(hào)幅值大小，以便執(zhí)行模塊輸出控制信號(hào)。測(cè)試信號(hào)輸入到控制模塊后，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。并由補(bǔ)償模塊完成對(duì)測(cè)試信號(hào)的補(bǔ)償，補(bǔ)償方法如上所述。經(jīng)補(bǔ)償后的信號(hào)輸出到寄存器中緩存。
所述步驟(5)通過(guò)執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)，用戶可根據(jù)實(shí)際的實(shí)用情況同時(shí)輸出相同幅值的信號(hào)波形，也可以同時(shí)輸出不同幅值信號(hào)的波形，亦或分時(shí)輸出相同或不同幅值的信號(hào)波形。執(zhí)行模塊控制6路D/A芯片輸出直流信號(hào)、交流信號(hào)或彈道軌跡信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)RC 濾波(R = 100 Ω，C = 0. IuF,主要濾去工頻干擾)處理后驅(qū)動(dòng)舵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模擬彈道軌跡曲線的工作。
本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，用于產(chǎn)生控制舵系統(tǒng)工作的控制信號(hào)，其特征在于包括以下步驟(1)接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制指令和輸入信號(hào)參數(shù)，所述輸入信號(hào)參數(shù)，包括信號(hào)類型、 信號(hào)幅度和或信號(hào)頻率，或?qū)楋w行時(shí)產(chǎn)生的彈道軌跡曲線參數(shù)；(2)根據(jù)控制指令對(duì)輸入信號(hào)參數(shù)進(jìn)行解析構(gòu)造解析信號(hào)，將獲得的解析信號(hào)送入步驟(3)，所述解析信號(hào)為直流信號(hào)、交流信號(hào)或彈道軌跡曲線信號(hào)；(3)對(duì)送入的解析信號(hào)進(jìn)行判斷若解析信號(hào)為直流信號(hào)或交流信號(hào)，直接作為測(cè)試信號(hào)送入步驟；若解析信號(hào)為彈道軌跡曲線信號(hào)，進(jìn)行濾波作為測(cè)試信號(hào)輸出到步驟；(4)對(duì)輸入的測(cè)試信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的測(cè)試信號(hào)送入步驟(5)；(5)將步驟(4)送入的測(cè)試信號(hào)進(jìn)行緩存，將測(cè)試信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和濾波后，將測(cè)試信號(hào)從一路或多路輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，其特征在于所述步驟(3)中，若解析信號(hào)為彈道軌跡曲線信號(hào)，則根據(jù)下述情況進(jìn)行濾波方法若解析信號(hào)的幅值大于被測(cè)舵系統(tǒng)控制信號(hào)的最大幅值，則對(duì)解析信號(hào)進(jìn)行限幅濾波，將解析信號(hào)的幅值控制在被測(cè)舵系統(tǒng)控制信號(hào)的最大副值內(nèi)；若解析信號(hào)的幅值變化速度超過(guò)了被測(cè)舵系統(tǒng)的響應(yīng)速度，則對(duì)解析信號(hào)進(jìn)行消抖濾波；若解析信號(hào)的高頻分量超過(guò)被測(cè)舵系統(tǒng)所能響應(yīng)的最高頻率，則對(duì)解析信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除解析信號(hào)中超過(guò)被測(cè)舵系統(tǒng)響應(yīng)范圍的高頻分量；若需要對(duì)舵系統(tǒng)某段頻率區(qū)間中的響應(yīng)性能進(jìn)行測(cè)試，則對(duì)解析信號(hào)進(jìn)行帶通濾波， 獲取對(duì)于被測(cè)頻率區(qū)間內(nèi)的測(cè)試信號(hào)；若需要對(duì)舵系統(tǒng)在響應(yīng)頻率范圍內(nèi)的高頻區(qū)間響應(yīng)能力進(jìn)行測(cè)試，則對(duì)解析進(jìn)行進(jìn)行高通濾波，獲得高頻范圍內(nèi)的測(cè)試信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，其特征在于所述步驟中采用一階或二階模型對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，獲得精度符合要求的測(cè)試信號(hào)并輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，其特征在于所述步驟( 對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行RC濾波，其中R = 100 Ω，C = 0. IuF0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，其特征在于所述步驟(5)中，測(cè)試信號(hào)最多從6路同時(shí)輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，用于產(chǎn)生控制舵系統(tǒng)工作控制信號(hào)。包括根據(jù)輸入信號(hào)參數(shù)產(chǎn)生解析信號(hào)的步驟；將解析信號(hào)轉(zhuǎn)換為測(cè)試信號(hào)的步驟；對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟襟E；將測(cè)試信號(hào)輸出的步驟。采用本發(fā)明可以用于地面模擬飛行狀態(tài)試驗(yàn)，解決了在實(shí)驗(yàn)室條件下無(wú)法驗(yàn)證舵系統(tǒng)在真實(shí)彈道軌跡曲線控制情況下的動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況和性能測(cè)試的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01M99/00GK102507225SQ20111028386
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者于江海, 俞波, 劉曉鋒, 孫宏明, 李金金, 楊業(yè)明, 梁屹, 漆小彩, 王芳 申請(qǐng)人:航天科工慣性技術(shù)有限公司