直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法及装置制造方法及图纸

技术编号:15688695 阅读:125 留言:0更新日期:2017-06-23 23:39
本发明专利技术涉及一种直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法及装置,属于深空探测技术领域,其中方法包括以下步骤:获取电压输入信号,电压输入信号满足参数辨识的持续激励条件;采集在电压输入信号作为直流电机驱动望远镜的伺服控制系统的开环输入信号下,直流电机驱动望远镜的轴系速度响应输出信号;根据轴系速度响应输出信号、待辨识参数的预设参数初值和预设迭代矩阵初值,进行迭代最小二乘算法的迭代计算,得到待辨识参数的收敛估计值;根据收敛估计值计算待辨识参数。当直流电机驱动的望远镜轴系的等效转动惯量发生变化时,通过实施本发明专利技术能够快速地给出被控对象新的参数辨识结果,且计算过程可在线实现,所需辨识时间短、轴系旋转角度小。

Method and device for identifying parameters of telescope shaft driven by DC motor

The present invention relates to a telescope parameter identification method and device for DC motor drive, which belongs to the technical field of deep space exploration, the method comprises the following steps: obtaining input voltage signal, voltage input signal satisfies the persistent excitation condition parameter identification; acquisition in input voltage signal as the DC motor servo drive control system of the telescope the open input signal, DC motor drive output signal in response of the telescope shafting speed; according to the preset parameter initial value and preset value iteration matrix of initial parameters of response speed of shaft output signal, the iterative calculation of iterative least squares algorithm, convergence parameters estimation value; according to the estimation of convergence value calculation parameters. When the equivalent telescope is driven by a DC motor inertia changes, the embodiment of the invention can quickly given the results of parameter identification for new objects, and the calculation process can be achieved online, the identification time is short, small shaft rotation angle.

【技术实现步骤摘要】
直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法及装置
本专利技术涉及深空探测
,特别是涉及一种直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法及装置。
技术介绍
深空探测领域的不断发展对地基大口径光电成像望远镜的轴系控制技术提出了越来越高的要求,其控制精度需达到角秒级别,而对望远镜轴系参数的辨识是望远镜系统建模、仿真及主轴控制器设计的前提,其中所辨识的望远镜主轴参数包括等效转动惯量、机械时间常数以及由轴系摩擦引起的常值扰动力矩。由于当望远镜轴系的等效转动惯量发生变化时,其它两个参数也随之发生变化,因此一旦望远镜因负载或使用环境变化等引起轴系等效惯量发生变化,则需要对这三个参数重新进行辨识。目前工程上普遍采用的参数辨识方法是多次开环测试方法,即通过对被控对象输入多组不同的常值电压,记录每一个常值电压输入情况下系统的速度响应数据,通过离线处理的方式分析出每组速度响应数据的稳态响应值以及过渡过程时间,进一步通过数据融合方式估计出上述三个参数,但是该方法有以下局限性:(1)开环实验的次数需要两次以上,因此所需实验时间较长;(2)实验数据需要进行线下处理,不能在线实时完成,降低了参数辨识的效率;(3)为了使得速度响应进入稳态范围,实验时间持续较长的同时需要轴系旋转的角度也较大,这在轴系存在机械限位时操作受限,不方便实验的开展。
技术实现思路
基于此,有必要针对现有参数辨识方法中存在的开环实验时间长、辨识效率低以及所需轴系旋转角度大问题,提供一种直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法及装置。为解决上述问题,本专利技术采取如下的技术方案:一种直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法,所述方法包括以下步骤:获取电压输入信号,所述电压输入信号满足参数辨识的持续激励条件;采集在所述电压输入信号作为直流电机驱动望远镜的伺服控制系统的开环输入信号下,所述直流电机驱动望远镜的轴系速度响应输出信号;根据所述轴系速度响应输出信号、待辨识参数的预设参数初值和预设迭代矩阵初值,进行迭代最小二乘算法的迭代计算,得到所述待辨识参数的收敛估计值;根据所述收敛估计值计算所述待辨识参数。相应地,本专利技术还提出一种直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识装置,所述装置包括:获取单元,用于获取电压输入信号,所述电压输入信号满足参数辨识的持续激励条件;采集单元,用于采集在所述电压输入信号作为直流电机驱动望远镜的伺服控制系统的开环输入信号下,所述直流电机驱动望远镜的轴系速度响应输出信号;迭代计算单元,用于根据所述轴系速度响应输出信号、待辨识参数的预设参数初值和预设迭代矩阵初值,进行迭代最小二乘算法的迭代计算,得到所述待辨识参数的收敛估计值;参数计算单元,用于根据所述收敛估计值计算所述待辨识参数。上述直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法及装置给出了一种能够在线实时实现的轴系参数快速辨识方法,当直流电机驱动的望远镜轴系的等效转动惯量发生变化时,通过实施本专利技术能够快速地给出被控对象新的参数辨识结果,而且本专利技术的计算过程均可以在线实现,一次实验即可辨识出全部待辨识参数,辨识时间短,所需轴系旋转角度小,有利于工程实现及应用。附图说明图1为本专利技术其中一个实施例中直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法的流程示意图;图2为本专利技术其中一个实施例中直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。本专利技术涉及直流力矩电机驱动的望远镜轴系参数辨识,具体涉及方位轴系的参数辨识以及俯仰轴系的参数辨识,由于两个轴相互独立,且驱动原理相同,因此本专利技术的实施例中仅以方位轴系参数辨识为例进行描述,俯仰轴系参数辨识方法与方位轴系参数辨识方法相同,故不再赘述。在其中一个实施例中,如图1所示,一种直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法,该方法包括以下步骤:S100获取电压输入信号,所述电压输入信号满足参数辨识的持续激励条件;S200采集在所述电压输入信号作为直流电机驱动望远镜的伺服控制系统的开环输入信号下,所述直流电机驱动望远镜的轴系速度响应输出信号;S300根据所述轴系速度响应输出信号、待辨识参数的预设参数初值和预设迭代矩阵初值,进行迭代最小二乘算法的迭代计算,得到所述待辨识参数的收敛估计值;S400根据所述收敛估计值计算所述待辨识参数。本专利技术直流电机驱动的望远镜轴系包括直流电机驱动的望远镜的方位轴系和俯仰轴系,即本专利技术所提出的直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法对直流电机驱动的望远镜的方位轴系和俯仰轴系的参数辨识均适用。根据直流力矩电机的原理,直流电机驱动的望远镜方位轴转动方程的形式如下:其中,ω代表方位轴角速度,u代表方位轴控制电压,R是电机电阻,KT是电机的转矩系数,J是望远镜轴系等效转动惯量,Tm是望远镜轴系机械时间常数,τd是由摩擦力引起的常值扰动力矩。采用前向欧拉方法将方程(1)离散化,则有其中,Ts是采样周期,令φk=[ωkuk1]T,则(2)式可写为如下形式:ωk+1=φkTη(3)本实施例的目的就是对待辨识参数η进行在线辨识,当得到待辨识参数η的估计值时,待辨识的三个参数的估计值由下式给出即具体地,在本实施例中,步骤S100获取电压输入信号且该电压输入信号满足参数辨识的持续激励条件,其中持续激励条件是系统辨识理论中的一个成熟概念,是由Astrom在1965年提出的,它是指在辨识时间内过程的动态必须被输入信号持续激励,或者在实验期间,输入信号必须充分激励过程的所有模态。作为一种具体的实施方式,根据直流力矩电机的原理以及迭代最小二乘算法原理,获取的电压输入信号可以利用一种简便易实现的控制参考输入实现,电压输入信号的具体形式如下:其中,C1和C2是两个常值电压且C1≠C2,t0为输入电压C1的结束时间,tend为输入电压C2的结束时间。特别地,根据直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识的经验,C1可以在区间内取值,C2可以在区间内取值,其中Uc是直流电机驱动的望远镜轴系的母线电压,t0在[2s,4s]区间内取值,tend在[t0+2s,t0+4s]区间内取值即可,通过选取合适的C1、C2、t0和tend可以达到相对满意的实验结果。S200采集在所述电压输入信号作为直流电机驱动望远镜的伺服控制系统的开环输入信号下,所述直流电机驱动望远镜的轴系速度响应输出信号。在本步骤中,以步骤S100获取的电压输入信号作为直流电机驱动望远镜的伺服控制系统的开环输入信号,在电压输入信号的作用下,直流电机驱动的望远镜的伺服控制系统输出轴系速度响应输出信号,采集该轴系速度响应输出信号。在步骤S300中,根据轴系速度响应输出信号、待辨识参数的预设参数初值和预设迭代矩阵初值,进行迭代最小二乘算法的迭代计算,得到所述待辨识参数的收敛估计值。在本步骤中,优选地,待辨识参数包括直流电机驱动的望远镜轴系的等效转动惯量、机械时间常数和常值扰动力矩,这些辨识参数一方面可以应用于系统建模、仿真及控制器的设计,另一方面,当所使用的望远镜主轴控制算法依赖于被控对象参数时(如内膜控制方法等),可以使用参数估计值对控制器进行实时更新,使得在被控对象发生变化时控制算法仍能达到高精度的控制效果。本步骤利用迭代最小二乘算法进行迭代计算时,迭代算法的初值可以是预设的初值,包括待辨识参数η的预设参数初值η0和本文档来自技高网...
直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法及装置

【技术保护点】
一种直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:获取电压输入信号,所述电压输入信号满足参数辨识的持续激励条件;采集在所述电压输入信号作为直流电机驱动望远镜的伺服控制系统的开环输入信号下,所述直流电机驱动望远镜的轴系速度响应输出信号;根据所述轴系速度响应输出信号、待辨识参数的预设参数初值和预设迭代矩阵初值,进行迭代最小二乘算法的迭代计算,得到所述待辨识参数的收敛估计值;根据所述收敛估计值计算所述待辨识参数。

【技术特征摘要】
1.一种直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:获取电压输入信号,所述电压输入信号满足参数辨识的持续激励条件;采集在所述电压输入信号作为直流电机驱动望远镜的伺服控制系统的开环输入信号下,所述直流电机驱动望远镜的轴系速度响应输出信号;根据所述轴系速度响应输出信号、待辨识参数的预设参数初值和预设迭代矩阵初值,进行迭代最小二乘算法的迭代计算,得到所述待辨识参数的收敛估计值;根据所述收敛估计值计算所述待辨识参数。2.根据权利要求1所述的直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法,其特征在于,所述直流电机驱动的望远镜轴系包括直流电机驱动的望远镜的方位轴系和俯仰轴系。3.根据权利要求1或2所述的直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法,其特征在于,所述待辨识参数包括所述直流电机驱动的望远镜轴系的等效转动惯量、机械时间常数和常值扰动力矩。4.根据权利要求1或2所述的直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法,其特征在于,所述电压输入信号u为其中,C1和C2是两个常值电压且C1≠C2,t0为输入电压C1的结束时间,tend为输入电压C2的结束时间。5.根据权利要求1或2所述的直流电机驱动的望远镜轴系参数辨识方法,其特征在于,所述待辨识参数η的所述预设参数初值η0为η0=[000]T;所述迭代最小二乘算法中迭代矩阵Pk的所述预设迭代矩阵初值为6.一种直流电机驱动的望远镜...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨晓霞张斌王帅李玉霞刘洋
申请(专利权)人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
类型:发明
国别省市:吉林,22

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