一种伺服系统模拟跟踪环测试方法与流程

1.本发明属于伺服系统技术领域，特别涉及一种伺服控制系统模拟跟踪环测试方法。


背景技术：

2.电视制导系统属于被动式自动寻的系统，不受雷达电磁波和红外干扰源干扰，抗干扰能力强，隐蔽性好，精度高。
3.电视制导系统一般采用跟踪波门进行控制，产品使用过程中由电视摄像机传回目标图像并对其进行分析，解算波门与目标图像中心的偏差，形成误差信号。误差信号乘以角跟踪回路跟踪增益后，传输入伺服控制系统，通过速度闭环控制完成实时跟踪。
4.通常，在伺服系统设计验证阶段，设计保证控制系统的阶跃响应上升时间、阶跃响应超调量、相角裕度、系统隔离度等分机指标，系统的振动性能指标和高低温下的静态和动态指标需要在产品跟踪条件下才能够完成验证。
5.当系统在振动试验中无法正常跟踪目标时，需要通过振动试验中获取的角度传感器信息、角速度传感器信息、指令信息、跟踪状态等数据进行分析和故障定位，数据来源于产品状态下分机遥测输出数据，遥测数据的帧频一般为50hz。
6.现有技术手段的不足之处在于：在产品跟踪条件下验证系统振动和高低温等性能指标需要多部门、多专业人员的协同配合，同时产品数量有限协调难度较大，测试排故时间受限；分机遥测出来的数据帧频过低，无法真实反映负载(镜头)运动状态，通常在排故状态下至少需要1khz的数据帧频；通过遥测接口采集的数据不够全面，必要时需要软件人员配合更改软件，且信号处理软件同伺服系统软件均会出现临时排故的中间状态，软件版本不易受控。


技术实现要素：

7.鉴于以上分析，本发明旨在提供一种伺服控制系统模拟跟踪环测试方法，用以解决现有的跟踪环测试对人员和产品数量需要高的问题。
8.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
9.一种伺服系统模拟跟踪环测试方法，包括以下步骤：
10.s1：在跟踪状态下，通过正弦测试实验完成产品跟踪环路中角误差延迟时间、指令保持时间、角跟踪回路跟踪增益三个参数的实验获取和参数配置；
11.s2：完成模拟目标运动轨迹参数配置，并通过伺服控制器产生不同目标运动轨迹的指令信息targetmovecmd；
12.s3：在伺服控制器中，通过延时和保持算法完成模拟角误差信息计算并输出；
13.s4：将模拟角误差指令ek_out输入至伺服系统速度环路，完成模拟跟踪环测试功能。
14.进一步地，s1中，使产品保持跟踪状态，同时对跟踪角速度指令叠加一个正弦输入
信号，记录传感器的角速度输出，通过对比指令输入和传感器输出数据，得到跟踪环路中的角误差延迟时间delaytime、指令保持时间holdtime、角跟踪回路跟踪增益k三个参数。
15.进一步地，s1中，角误差延迟时间为通过正弦实验获得的传感器输出数据相对于指令输入的滞后时间。
16.进一步地，s2中，包括以下步骤：
17.s2.1：通过伺服系统调试软件向伺服控制器配置目标运动形式参数；
18.s2.2：伺服系统调试软件根据配置的目标运动形式的不同，向伺服控制器配置不同的参数。
19.进一步地，s2.1中，目标运动形式包括含正弦运动、三角波运动、阶跃运动和目标静止。
20.进一步地，当目标运动形式为正弦运动时，包括以下步骤：
21.步骤a.1：由伺服系统调试软件向伺服控制器配置正弦运动幅度amplitude和正弦运动频率freq两个参数；
22.步骤a.2：完成正弦运动幅度和正弦运动频率参数配置后，伺服控制器按照公式1～公式3计算每一个控制周期下的模拟目标位置信息；
23.targ etmovecmd＝amplitude
×
sin(2
×
π
×
freq
×
t)
ꢀꢀꢀ
式1
24.t＝cnt
×
period
ꢀꢀꢀ
式2
25.period＝1/(伺服控制器主控频率
×
1000)
ꢀꢀꢀ
式3
26.其中，targetmovecmd表示模拟目标位置信息；amplitude表示目标正弦运动幅值；freq表示目标正弦运动频率；t表示目标运动时间，单位为s；cnt表示当前控制周期下的计数器；period表示伺服控制器控制周期，单位为s。
27.进一步地，当目标运动形式配置为目标三角波运动时，包括以下步骤：
28.步骤b.1：由伺服系统调试软件向伺服控制器配置目标到达位置信息参数；
29.步骤b.2：完成目标到达位置信息参数配置后，伺服控制器按照公式4～公式5计算目标以1度/秒速度在指令保持时间内的步进值；
30.targetmovecmd＝targetmovecmd+step
ꢀꢀꢀ
式4
31.step＝100.0
×
holdtime/1000.0
ꢀꢀꢀ
式5
32.其中，targetmovecmd表示模拟目标位置信息；step表示目标以1度/秒速度在指令保持时间内的步进值；holdtime表示延时时间。
33.步骤b.3：根据当前时刻模拟目标位置信息与目标达到位置的关系，及模拟目标位置信息所处的时刻，确认模拟目标位置信息的动作；
34.步骤b.4：重复步骤b.3，目标运动到位。
35.进一步地，当目标运动形式配置为目标阶跃运动时，包括以下步骤：
36.步骤c.1：由伺服系统调试软件向伺服控制器配置目标到达位置信息参数；
37.步骤c.2：完成目标到达位置信息参数配置后，在伺服控制器中更新模拟目标位置信息targetmovecmd为目标到达位置。
38.进一步地，当目标运动形式配置为目标静止时，包括以下步骤：
39.步骤d.1：在伺服控制器中更新模拟目标位置信息targetmovecmd为0。
40.进一步地，s3包括以下步骤：
41.s3.1：采集并更新镜头实时空间指向，同s2中得到的模拟目标位置信息(目标运动指令)targetmovecmd做差，得到当前时刻模拟角误差ek；
42.s3.2：根据s1中测试得到的指令保持时间holdtime、角误差延迟时间delaytime、角跟踪回路跟踪增益k，通过模拟角误差延时和指令保持算法，对s3.1中获取的当前时刻模拟角误差ek进行延时和保持，输出模拟角误差指令ek_out。
43.本发明可实现如下有益效果：
44.(1)本发明能够在伺服分机状态下完成振动性能、高低温静态和动态指标的验证工作，同时数据可靠采集帧频≥1khz。可以降低对人员和产品数量的需求，解决多部门、多专业人员协同配合和产品数量有限的问题；可以稳定采集≥1khz帧频的数据，为真实反映负载(镜头)运动提供基础保障，为在整个产品/独立分机状态下更好地分析问题并故障定位提供必要条件；不需要软件人员配合更改软件，节约了人力资本，并且避免了软件同伺服系统软件出现临时版本，减少了各分机软件版本的管理成本。
45.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
46.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
47.图1为本发明实施例的伺服系统模拟跟踪环测试方法的流程图。
具体实施方式
48.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
49.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
50.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
51.在产品跟踪条件下验证系统振动和高低温等性能指标需要多部门、多专业人员的协同配合，同时产品的数量有限，协调难度大，测试排故时间受限；分机遥测出来的数据帧频过低，无法真实反映负载(镜头)运动状态，通常在排故状态下至少需要1khz的数据帧频；通过遥测接口采集的数据不够全面，必要时需要软件人员配合更改软件，且信号处理软件同伺服系统软件均会出现临时排故的中间状态，软件版本不易受控。
52.鉴于以上分析，如图1所示，本发明提供了一种伺服系统模拟跟踪环测试方法，能够在伺服系统软件中模拟多种目标运动轨迹，并和镜头实时角位置做差得到当前时刻角误
差信息；通过对角误差信息的延时和指令保持后，乘以角跟踪回路跟踪增益，得到模拟指令；将指令输入至伺服系统速度环路完成闭环控制，从而实现分机状态下模拟跟踪环闭环控制功能，在伺服分机状态下完成振动性能和高低温静态和动态指标的验证工作，同时数据可靠采集帧频≥1khz。具体包括以下步骤：
53.s1：在跟踪状态下，通过正弦测试实验完成产品跟踪环路中角误差延迟时间、指令保持时间、角跟踪回路跟踪增益三个参数的实验获取和参数配置。
54.本实施例中，跟踪状态指在产品锁定目标并持续跟着目标移动的状态。
55.正弦测试实验是使产品保持跟踪状态，同时对跟踪角速度指令叠加一个正弦输入信号，记录传感器的角速度输出，通过对比指令输入和传感器输出数据，得到跟踪环路中的角误差延迟时间delaytime、指令保持时间holdtime、角跟踪回路跟踪增益k三个参数。
56.其中，角误差延迟时间指通过正弦实验获得的传感器输出数据相对于指令输入的滞后时间。在跟踪状态下，通过正弦测试实验获取由图像采集至图像处理，再到解算输出角误差信息ek_out的延迟时间delaytime。
57.进一步地，通过伺服系统调试软件完成测试得到的指令保持时间holdtime、角误差延迟时间delaytime、角跟踪回路跟踪增益k至伺服控制器的参数配置，并确认配置正确性；伺服系统调试软件同伺服控制器进行uart信息交互。
58.具体地，伺服调试软件通过uart通信方式下发至伺服控制器，伺服控制器收到数据并完成校验，若校验正确，则伺服控制器完成三个参数的配置，并通过uart通信方式上传至伺服调试软件。
59.s2：完成模拟目标运动轨迹参数配置，并通过伺服控制器产生不同目标运动轨迹的指令信息targetmovecmd，具体包括以下步骤：
60.s2.1：通过伺服系统调试软件向伺服控制器配置目标运动形式参数，具体包含正弦运动、三角波运动、阶跃运动和目标静止等四种目标运动形式，并确认配置正确性；伺服系统调试软件同伺服控制器进行uart信息交互；
61.本实施例中，在产品进行高低温试验和振动试验时进行模拟跟踪环测试时选择目标静止；在模拟跟踪环条件下测试、评价控制系统跟踪环带宽时选择目标正弦运动形式；在模拟跟踪环条件下测试、评价产品的角误差线性度特性时选择目标三角波运动；在模拟跟踪环条件下测试、评价控制系统跟踪环的上升时间、超调量等动态性能指标时选择目标阶跃运动。
62.s2.2：伺服系统调试软件根据配置的目标运动形式的不同，向伺服控制器配置不同的参数。
63.具体地，当目标运动形式配置为目标正弦运动时，执行步骤a；当目标运动形式配置为三角波运动时，执行步骤b；当目标运动形式配置为阶跃运动时，执行步骤c；当目标运动形式配置为目标静止时，执行步骤d。
64.进一步地，当目标运动形式配置为目标正弦运动时，包括以下步骤：
65.步骤a.1：由伺服系统调试软件向伺服控制器配置正弦运动幅度amplitude和正弦运动频率freq两个参数，并确认配置正确性；伺服系统调试软件同伺服控制器进行uart信息交互；
66.步骤a.2：完成正弦运动幅度和正弦运动频率参数配置后，伺服控制器按照公式1
～公式3计算每一个控制周期下的模拟目标位置信息(目标运动指令)；
67.t arg etmovecmd＝a mplitude
×
sin(2
×
π
×
freq
×
t)
ꢀꢀꢀ
式1
68.t＝cnt
×
period
ꢀꢀꢀ
式2
69.period＝1/(伺服控制器主控频率
×
1000)
ꢀꢀꢀ
式3
70.其中，
71.targetmovecmd表示模拟目标位置信息；
72.amplitude表示目标正弦运动幅值；
73.freq表示目标正弦运动频率；
74.t表示目标运动时间，单位为s；
75.cnt表示当前控制周期下的计数器；
76.period表示伺服控制器控制周期，单位为s。
77.进一步地，当目标运动形式配置为目标三角波运动时，包括以下步骤：
78.步骤b.1：由伺服系统调试软件向伺服控制器配置目标到达位置信息参数，并确认配置正确性；伺服系统调试软件同伺服控制器进行uart信息交互。
79.步骤b.2：完成目标到达位置信息参数配置后，伺服控制器按照公式4～公式5计算目标以1度/秒速度在指令保持时间内的步进值；
80.targetmovecmd＝targetmovecmd+step
ꢀꢀꢀ
式4
81.step＝100.0
×
holdtime/1000.0
ꢀꢀꢀ
式5
82.其中，
83.targetmovecmd表示模拟目标位置信息；
84.step表示目标以1度/秒速度在指令保持时间内的步进值；
85.holdtime表示延时时间，由伺服调试上位机软件下发。
86.步骤b.3：根据当前时刻模拟目标位置信息与目标达到位置的关系，及模拟目标位置信息所处的时刻，确认模拟目标位置信息的动作。
87.具体地，若当前时刻模拟目标位置信息(目标运动指令)≤目标到达位置，且当前时刻在指令保持时间内，模拟目标位置信息(目标运动指令)不更新；
88.若当前时刻模拟目标位置信息(目标运动指令)≤目标到达位置，且当前时刻在指令切换时刻，模拟目标位置信息(目标运动指令)按照目标以1度/秒速度在指令保持时间内的步进值step递增；
89.步骤b.4：重复步骤b.3，直至目标运动到位。
90.进一步地，当目标运动形式配置为目标阶跃运动时，包括以下步骤：
91.步骤c.1：由伺服系统调试软件向伺服控制器配置目标到达位置信息参数，并确认配置正确性；伺服系统调试软件同伺服控制器进行uart信息交互；
92.步骤c.2：完成目标到达位置信息参数配置后，在伺服控制器中更新模拟目标位置信息targetmovecmd为目标到达位置。
93.进一步地，当目标运动形式配置为目标静止时，包括以下步骤：
94.步骤d.1：在伺服控制器中更新模拟目标位置信息targetmovecmd为0。
95.s3：在伺服控制器中，通过延时和保持算法完成模拟角误差信息计算并输出，具体包括以下步骤：
96.s3.1：采集并更新镜头实时空间指向，同s2中得到的模拟目标位置信息(目标运动指令)targetmovecmd做差，得到当前时刻模拟角误差ek；
97.s3.2：根据s1中测试得到的指令保持时间holdtime、角误差延迟时间delaytime、角跟踪回路跟踪增益k，通过模拟角误差延时和指令保持算法，对s3.1中获取的当前时刻模拟角误差ek进行延时和保持，输出模拟角误差指令ek_out；
98.s4：将模拟角误差指令ek_out输入至伺服系统速度环路，完成模拟跟踪环测试功能。
99.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种伺服系统模拟跟踪环测试方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在跟踪状态下，通过正弦测试实验完成产品跟踪环路中角误差延迟时间、指令保持时间、角跟踪回路跟踪增益三个参数的实验获取和参数配置；s2：完成模拟目标运动轨迹参数配置，并通过伺服控制器产生不同目标运动轨迹的指令信息targetmovecmd；s3：在伺服控制器中，通过延时和保持算法完成模拟角误差信息计算并输出；s4：将模拟角误差指令ek_out输入至伺服系统速度环路，完成模拟跟踪环测试功能。2.根据权利要求1所述的伺服系统模拟跟踪环测试方法，其特征在于，s1中，使产品保持跟踪状态，同时对跟踪角速度指令叠加一个正弦输入信号，记录传感器的角速度输出，通过对比指令输入和传感器输出数据，得到跟踪环路中的角误差延迟时间delaytime、指令保持时间holdtime、角跟踪回路跟踪增益k三个参数。3.根据权利要求2所述的伺服系统模拟跟踪环测试方法，其特征在于，s1中，角误差延迟时间为通过正弦实验获得的传感器输出数据相对于指令输入的滞后时间。4.根据权利要求3所述的伺服系统模拟跟踪环测试方法，其特征在于，s2中，包括以下步骤：s2.1：通过伺服系统调试软件向伺服控制器配置目标运动形式参数；s2.2：伺服系统调试软件根据配置的目标运动形式的不同，向伺服控制器配置不同的参数。5.根据权利要求4所述的伺服系统模拟跟踪环测试方法，其特征在于，s2.1中，目标运动形式包括含正弦运动、三角波运动、阶跃运动和目标静止。6.根据权利要求5所述的伺服系统模拟跟踪环测试方法，其特征在于，当目标运动形式为正弦运动时，包括以下步骤：步骤a.1：由伺服系统调试软件向伺服控制器配置正弦运动幅度amplitude和正弦运动频率freq两个参数；步骤a.2：完成正弦运动幅度和正弦运动频率参数配置后，伺服控制器按照公式1～公式3计算每一个控制周期下的模拟目标位置信息；targetmovecmd＝amplitude
×
sin(2
×
π
×
freq
×
t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1t＝cnt
×
period
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2period＝1/(伺服控制器主控频率
×
1000)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式3其中，targetmovecmd表示模拟目标位置信息；amplitude表示目标正弦运动幅值；freq表示目标正弦运动频率；t表示目标运动时间，单位为s；cnt表示当前控制周期下的计数器；period表示伺服控制器控制周期，单位为s。7.根据权利要求5所述的伺服系统模拟跟踪环测试方法，其特征在于，当目标运动形式配置为目标三角波运动时，包括以下步骤：步骤b.1：由伺服系统调试软件向伺服控制器配置目标到达位置信息参数；步骤b.2：完成目标到达位置信息参数配置后，伺服控制器按照公式4～公式5计算目标以1度/秒速度在指令保持时间内的步进值；targetmovecmd＝targetmovecmd+step
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式4step＝100.0
×
holdtime/1000.0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式5
其中，targetmovecmd表示模拟目标位置信息；step表示目标以1度/秒速度在指令保持时间内的步进值；holdtime表示延时时间。步骤b.3：根据当前时刻模拟目标位置信息与目标达到位置的关系，及模拟目标位置信息所处的时刻，确认模拟目标位置信息的动作；步骤b.4：重复步骤b.3，目标运动到位。8.根据权利要求5所述的伺服系统模拟跟踪环测试方法，其特征在于，当目标运动形式配置为目标阶跃运动时，包括以下步骤：步骤c.1：由伺服系统调试软件向伺服控制器配置目标到达位置信息参数；步骤c.2：完成目标到达位置信息参数配置后，在伺服控制器中更新模拟目标位置信息targetmovecmd为目标到达位置。9.根据权利要求5所述的伺服系统模拟跟踪环测试方法，其特征在于，当目标运动形式配置为目标静止时，包括以下步骤：步骤d.1：在伺服控制器中更新模拟目标位置信息targetmovecmd为0。10.根据权利要求4或5所述的伺服系统模拟跟踪环测试方法，其特征在于，s3包括以下步骤：s3.1：采集并更新镜头实时空间指向，同s2中得到的模拟目标位置信息(目标运动指令)targetmovecmd做差，得到当前时刻模拟角误差ek；s3.2：根据s1中测试得到的指令保持时间holdtime、角误差延迟时间delaytime、角跟踪回路跟踪增益k，通过模拟角误差延时和指令保持算法，对s3.1中获取的当前时刻模拟角误差ek进行延时和保持，输出模拟角误差指令ek_out。

技术总结
本发明涉及一种伺服控制系统模拟跟踪环测试方法，属于伺服系统技术领域，解决了现有的跟踪环测试对人员和产品数量需要高的问题。一种伺服系统模拟跟踪环测试方法，包括以下步骤：完成产品跟踪环路中角误差延迟时间、指令保持时间、角跟踪回路跟踪增益的实验获取和参数配置；完成模拟目标运动轨迹参数配置，并通过伺服控制器产生不同目标运动轨迹的指令信息TargetMoveCmd；完成模拟角误差信息计算并输出；将模拟角误差指令ek_out输入至伺服系统速度环路，完成模拟跟踪环测试功能。本发明能够在伺服分机状态下完成振动性能和高低温静态和动态指标的验证工作，可以降低对人员和产品数量的需求，节约了人力资本，并且减少了各分机软件版本的管理成本。分机软件版本的管理成本。分机软件版本的管理成本。


技术研发人员：许华 于云翔 吴云辉 李铭泽 董诚辰 张广月
受保护的技术使用者：北京华航无线电测量研究所
技术研发日：2022.01.30
技术公布日：2023/8/9