燃气舵系统非线性频率特性获取系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及自动控制技术领域，具体涉及一种燃气舵系统非线性频率特性获取系统及方法，目的是解决传统获取方法仅仅测量燃气舵作动器输出特性，而不能获取整个系统频率特性的技术问题。其特征在于，它包括伺服测试单元(101)、控制器(102)、作动器(103)、传动组件(104)、燃气舵舵面(105)、角速率陀螺(106)、直流稳压电源(107)、动态信号测试设备(108)和数据处理计算机(109)。本发明专利技术可以测得包含燃气舵舵面结构特性在内的整个燃气舵系统的频率特性，当测试结果不满足设计要求时，针对测试结果反映的问题，对燃气舵伺服系统与控制系统进行改进，以提高舵系统的性能。

System and method for obtaining non-linear frequency characteristic of gas rudder system

The present invention relates to the technical field of automatic control, in particular to obtain a system and method for nonlinear frequency characteristics of rudder system, the purpose is to solve the traditional method of obtaining only rudder actuator measurement output characteristics, technical problems and can not obtain the system frequency characteristic. It is characterized in that it includes servo test unit (101) and a controller (102), actuator (103), (104), gas transmission component rudder (105), angular rate gyro (106), DC power supply (107), dynamic signal test equipment (108) and data processing computer (109). The frequency characteristic of the invention can be measured include the structural characteristics of gas rudder, the rudder system, when the test results do not meet the design requirements, according to the test results reflect the problems of rudder servo system and the control system is improved, in order to improve the performance of the rudder system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制
，具体涉及一种燃气舵系统非线性频率特性获取系统及方法。
技术介绍
燃气舵系统的频率特性是姿控系统设计的重要依据。指令信号通过伺服和传动机构驱动燃气舵做角运动，由于燃气舵的舵轴舵面结构固有的弹性特性，指令信号在接近结构谐振频率时，在传递过程中可能出现放大现象。同时由于伺服机构的非线性以及结构装配时的间隙，在不同激励量级下，系统会表现出较明显的非线性特征。现有获取燃气舵系统频率特性方法的缺点是：只测量作动器位移反馈相对指令的特性，没有包括结构弹性特性，导致模型精度不高。如果结构弹性频率很低，容易与伺服发生耦合，降低控制设计的稳定性，产生不利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决传统获取方法仅仅测量燃气舵作动器输出特性，而不能获取整个系统频率特性的的技术问题，提供了一种精确得到燃气舵系统非线性频率特性，以提高伺服系统与控制系统设计模型的准确性的燃气舵系统非线性频率特性获取系统及方法。本专利技术是这样实现的：一种燃气舵系统非线性频率特性获取系统，包括伺服测试单元、控制器、作动器、传动组件、燃气舵舵面、角速率陀螺、直流稳压电源、动态信号测试设备和数据处理计算机；伺服测试单元分别与控制器和动态信号测试设备连接，控制器与作动器连接，作动器与传动组件连接，传动组件与燃气舵舵面连接，燃气舵舵面与角速率陀螺连接，角速率陀螺分别与直流稳压电源和动态信号测试设备连接，动态信号测试设备与数据处理计算机连接。伺服测试单元分别向控制器和动态信号测试设备发送指令信号；控制器接收伺服测试单元发送的指令信号，向作动器发送驱动信号，驱动作动器按照驱动信号的要求运动；传动组件将作动器的运动传递给燃气舵舵面，使得燃气舵舵面按照指令信号规定的角度做角运动；直流稳压电源为角速率陀螺供电；角速率陀螺感应到燃气舵舵面做角运动时的角速率，将感应到的角速率模拟信号传送给动态信号测试设备；动态信号测试设备接收伺服测试单元发送的指令信号和角速率陀螺发送的角速率模拟信号，将角速率模拟信号转换为角速率数字信号，然后将角速率数字信号与指令信号存储后发送给数据处理计算机；数据处理计算机接收动态信号测试设备发送的两种信号，对信号进行处理后获得燃气舵系统频率特性幅频相频结果。如上所述的伺服测试单元分别与控制器和动态信号测试设备通过电缆连接，控制器与作动器通过电缆连接，作动器与传动组件通过电缆连接，传动组件与燃气舵舵面通过电缆连接，角速率陀螺固定连接在燃气舵舵面的外表面上，角速率陀螺分别与直流稳压电源和动态信号测试设备通过电缆连接，动态信号测试设备与数据处理计算机通过电缆连接。如上所述的角速率陀螺采用VG091B型陀螺实现，直流稳压电源采用SS3323型可跟踪直流稳定电源实现，动态信号测试设备采用PXI-4472B型动态采集卡实现。采用所述的燃气舵系统非线性频率特性获取系统实现的燃气舵系统非线性频率特性获取方法，具体包括如下步骤：第一步：由伺服测试单元同步向控制器和动态信号测试设备发送指令信号；第二步：控制器驱动作动器通过传动组件激励燃气舵舵面按照指令信号规定的条件做角运动；第三步：角速率陀螺将测得的燃气舵舵面角速率模拟信号传送到动态信号测试设备，信号测试设备对角速率模拟信号进行A/D转换，得到角速率数字信号，动态信号测试设备同步将角速率数字信号和第一步中采集的指令信号存储；第四步：将第三步中存储的两种信号传送到数据处理计算机中，数据处理计算机将指令信号处理得到输入的角位移指令，将角速率数字信号积分得到燃气舵舵面的角位移响应，根据角位移指令和角位移响应对角位移进行频率特性计算，获取频率特性幅频相频结果；第五步：改变指令信号的幅值，重复第一至四步，获得不同量级下燃气舵系统的非线性频率特性结果；第六步：对第五步得到的频率特性结果进行分析，得到不同量级下整个燃气舵系统谐振频率和放大倍数；第七步：对第六步获得的非线性频率特性结果的谐振频率和放大倍数进行对比分析，可以为伺服系统与控制系统的设计提供参考。如上所述的第一步中，指令信号为正弦扫描指令信号。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用伺服指令输入，对燃气舵系统进行正弦激励，同步测量燃气舵舵面响应，通过舵面输出与指令输入获得整个燃气舵系统的频率特性，然后改变指令信号的幅值，多次测量系统频率特性，获取燃气舵系统的非线性频率特性。该方法可以测得包含燃气舵舵面结构特性在内的整个燃气舵系统的频率特性，当测试结果不满足设计要求时，针对测试结果反映的问题，对燃气舵伺服系统与控制系统进行改进，以提高舵系统的性能。附图说明图1是本专利技术的燃气舵系统非线性频率特性获取系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步描述。如图1所示，一种燃气舵系统非线性频率特性获取系统，包括伺服测试单元101、控制器102、作动器103、传动组件104、燃气舵舵面105、角速率陀螺106、直流稳压电源107、动态信号测试设备108和数据处理计算机109。伺服测试单元101分别与控制器102和动态信号测试设备108连接，控制器102与作动器103连接，作动器103与传动组件104连接，传动组件104与燃气舵舵面105连接，燃气舵舵面105与角速率陀螺106连接，角速率陀螺106分别与直流稳压电源107和动态信号测试设备108连接，动态信号测试设备108与数据处理计算机109连接。伺服测试单元101分别向控制器102和动态信号测试设备108发送指令信号；控制器102接收伺服测试单元101发送的指令信号，向作动器103发送驱动信号，驱动作动器103按照指令信号的要求运动；传动组件104将作动器103的运动传递给燃气舵舵面105，使得燃气舵舵面105按照驱动信号规定的角度做角运动；直流稳压电源107为角速率陀螺106供电；角速率陀螺106感应到燃气舵舵面105做角运动时的角速率，将感应到的角速率模拟信号传送给动态信号测试设备108；动态信号测试设备108接收伺服测试单元101发送的指令信号和角速率陀螺106发送的角速率模拟信号，将角速率模拟信号转换为角速率数字信号，然后将角速率数字信号与指令信号存储后发送给数据处理计算机109；数据处理计算机109接收动态信号测试设备108发送的两种信号，对信号进行处理后获得燃气舵系统频率特性幅频相频结果。在本实施例中，伺服测试单元101分别与控制器102和动态信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气舵系统非线性频率特性获取系统，其特征在于：它包括伺服测试单元(101)、控制器(102)、作动器(103)、传动组件(104)、燃气舵舵面(105)、角速率陀螺(106)、直流稳压电源(107)、动态信号测试设备(108)和数据处理计算机(109)；其中，伺服测试单元(101)分别与控制器(102)和动态信号测试设备(108)连接，控制器(102)与作动器(103)连接，作动器(103)与传动组件(104)连接，传动组件(104)与燃气舵舵面(105)连接，燃气舵舵面(105)与角速率陀螺(106)连接，角速率陀螺(106)分别与直流稳压电源(107)和动态信号测试设备(108)连接，动态信号测试设备(108)与数据处理计算机(109)连接。伺服测试单元(101)分别向控制器(102)和动态信号测试设备(108)发送指令信号；控制器(102)接收伺服测试单元(101)发送的指令信号，向作动器(103)发送驱动信号，驱动作动器(103)按照驱动信号的要求运动；传动组件(104)将作动器(103)的运动传递给燃气舵舵面(105)，使得燃气舵舵面(105)按照指令信号规定的角度做角运动；直流稳压电源(107)为角速率陀螺(106)供电；角速率陀螺(106)感应到燃气舵舵面(105)做角运动时的角速率，将感应到的角速率模拟信号传送给动态信号测试设备(108)；动态信号测试设备(108)接收伺服测试单元(101)发送的指令信号和角速率陀螺(106)发送的角速率模拟信号，将角速率模拟信号转换为角速率数字信号，然后将角速率数字信号与指令信号存储后发送给数据处理计算机(109)；数据处理计算机(109)接收动态信号测试设备(108)发送的两种信号，对信号进行处理后获得燃气舵系统频率特性幅频相频结果。...

【技术特征摘要】
1.一种燃气舵系统非线性频率特性获取系统，其特征在于：它包括伺服测试
单元(101)、控制器(102)、作动器(103)、传动组件(104)、燃气舵舵面(105)、
角速率陀螺(106)、直流稳压电源(107)、动态信号测试设备(108)和数据处
理计算机(109)；其中，伺服测试单元(101)分别与控制器(102)和动态信
号测试设备(108)连接，控制器(102)与作动器(103)连接，作动器(103)
与传动组件(104)连接，传动组件(104)与燃气舵舵面(105)连接，燃气舵
舵面(105)与角速率陀螺(106)连接，角速率陀螺(106)分别与直流稳压电
源(107)和动态信号测试设备(108)连接，动态信号测试设备(108)与数据
处理计算机(109)连接。
伺服测试单元(101)分别向控制器(102)和动态信号测试设备(108)发
送指令信号；控制器(102)接收伺服测试单元(101)发送的指令信号，向作
动器(103)发送驱动信号，驱动作动器(103)按照驱动信号的要求运动；传
动组件(104)将作动器(103)的运动传递给燃气舵舵面(105)，使得燃气舵
舵面(105)按照指令信号规定的角度做角运动；直流稳压电源(107)为角速
率陀螺(106)供电；角速率陀螺(106)感应到燃气舵舵面(105)做角运动时
的角速率，将感应到的角速率模拟信号传送给动态信号测试设备(108)；动态
信号测试设备(108)接收伺服测试单元(101)发送的指令信号和角速率陀螺
(106)发送的角速率模拟信号，将角速率模拟信号转换为角速率数字信号，然
后将角速率数字信号与指令信号存储后发送给数据处理计算机(109)；数据处
理计算机(109)接收动态信号测试设备(108)发送的两种信号，对信号进行
处理后获得燃气舵系统频率特性幅频相频结果。
2.根据权利要求1所述的燃气舵系统非线性频率特性获取系统，其特征在
于：所述的伺服测试单元(101)分别与控制器(102)和动态信号测试设备(108)

\t通过电缆连接，控制器(102)与作动器(103)通过电缆连接，作动器(103)
与传动组件(104)通过电缆连接，传动组件(104)与燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：付玮，苏华昌，乔建忱，梁立权，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11