一種雷達(dá)伺服系統(tǒng)等效模型的建立方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雷達(dá)伺服系統(tǒng)等效模型的建立方法，屬于系統(tǒng)仿真領(lǐng)域。該方法主要包括三個(gè)步驟：模擬低通濾波器設(shè)計(jì)、由模擬濾波器變換為數(shù)字濾波器、IIR數(shù)字濾波器濾波處理。輸入數(shù)據(jù)是目標(biāo)角度數(shù)據(jù)，通過IIR數(shù)字濾波器的濾波處理，輸出伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的角度值，以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)伺服系統(tǒng)控制天線精密跟蹤目標(biāo)的功能。該方法主要針對(duì)雷達(dá)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、過渡過程品質(zhì)及動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力等技術(shù)指標(biāo)，將伺服系統(tǒng)看作是一個(gè)單位脈沖響應(yīng)無限長的線性時(shí)不變系統(tǒng)，利用數(shù)字濾波技術(shù)將雷達(dá)伺服系統(tǒng)近似等效為一個(gè)具有無限長脈沖響應(yīng)的IIR遞歸濾波器。由于模型建立過程比較簡單，而且數(shù)值計(jì)算量不大，因此在雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)字仿真中有很好的應(yīng)用。
【專利說明】一種雷達(dá)伺服系統(tǒng)等效模型的建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，涉及一種對(duì)雷達(dá)角度跟蹤伺服系統(tǒng)功能特性及性能指標(biāo)進(jìn)行等效模擬的仿真模型建立方法。
現(xiàn)有技術(shù)
[0002]雷達(dá)伺服系統(tǒng)是靠誤差工作的反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，誤差經(jīng)過變換、放大校正和功率放大后，控制執(zhí)行元件帶動(dòng)伺服機(jī)械傳動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)天線朝減小誤差的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。雷達(dá)伺服系統(tǒng)屬于高精度的伺服系統(tǒng)，是精密跟蹤雷達(dá)的重要組成部分，其性能的好壞將直接影響雷達(dá)的角度跟蹤精度，因此通常設(shè)計(jì)成由電流回路、速度回路和位置回路組成的三環(huán)二階無靜差系統(tǒng)，要求具有快速響應(yīng)特性、高跟蹤精度和寬調(diào)速范圍的性能指標(biāo)。
[0003]目前，在雷達(dá)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，完成了伺服系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)者往往希望在伺服系統(tǒng)建造之前能夠預(yù)測(cè)系統(tǒng)的性能，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，從而減少系統(tǒng)調(diào)試階段的盲目性，加快系統(tǒng)的調(diào)試進(jìn)度。為此設(shè)計(jì)者通常利用數(shù)字仿真技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算的方法建立伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，通過選擇不同形式和參數(shù)的校正環(huán)節(jié)，計(jì)算伺服系統(tǒng)的輸出特性，以檢驗(yàn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理及是否滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)。在進(jìn)行這種基于伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化目的的數(shù)字仿真時(shí)，首先要了解被控對(duì)象的特點(diǎn)和對(duì)伺服系統(tǒng)的具體要求，制定伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，包括主要元部件種類、聯(lián)結(jié)和控制方式、電源指標(biāo)要求以及校正補(bǔ)償裝置的考慮等，然后建立組成伺服系統(tǒng)的各控制回路的數(shù)學(xué)模型(即傳遞函數(shù))，最后利用伺服系統(tǒng)仿真軟件，例如通常采用MATLAB軟件(美國Mathworks公司推出的、用于科學(xué)工程數(shù)值計(jì)算和圖形處理的交互式仿真工具軟件，其提供的工具箱中有針對(duì)控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的、具有動(dòng)態(tài)建模、仿真及綜合分析功能的軟件包)，對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行仿真和性能分析，從而通過改變控制器的形式和參數(shù)，使伺服系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳。
[0004]但是這種用于伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化目的的仿真方法并不適合雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)字仿真器研制需求，這是因?yàn)橛糜谒欧到y(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的仿真需要針對(duì)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)組成伺服系統(tǒng)的三級(jí)控制回路(電流回路、速度回路和位置回路)逐級(jí)建立各回路的傳遞函數(shù)(即數(shù)學(xué)模型)，并以此構(gòu)建整個(gè)伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，然后利用伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來仿真計(jì)算伺服系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性、閉環(huán)頻率特性、閉環(huán)階躍響應(yīng)特性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服系統(tǒng)性能的分析評(píng)估。而在雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)字仿真器中，對(duì)雷達(dá)伺服系統(tǒng)的仿真主要在指定伺服系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)下的系統(tǒng)控制功能的仿真，而且在雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)字仿真器研制過程中往往并不具備實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行性能仿真的條件，因?yàn)闆]有伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案就無法建立伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，所以需要一種對(duì)雷達(dá)伺服系統(tǒng)功能特性及性能指標(biāo)進(jìn)行等效模擬的仿真模型。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是:利用數(shù)字濾波技術(shù)將雷達(dá)伺服系統(tǒng)近似等效為一個(gè)具有無限長脈沖響應(yīng)的IIR遞歸濾波器，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)伺服系統(tǒng)主要性能和功能的仿真。本發(fā)明可用于雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)字仿真器。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:提供了一種對(duì)雷達(dá)角度跟蹤伺服系統(tǒng)功能及性能特性進(jìn)行等效模擬的仿真模型建立方法，該方法主要針對(duì)雷達(dá)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、過渡過程品質(zhì)及動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力等技術(shù)指標(biāo)，將伺服系統(tǒng)視作是一個(gè)單位脈沖響應(yīng)無限長的線性時(shí)不變系統(tǒng)，利用數(shù)字濾波技術(shù)將雷達(dá)伺服系統(tǒng)近似等效為一個(gè)具有無限長脈沖響應(yīng)的IIR遞歸濾波器。
[0007]雷達(dá)伺服系統(tǒng)是靠誤差工作的反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，其主要性能指標(biāo)包括:穩(wěn)定裕度、伺服帶寬、過渡過程品質(zhì)和跟蹤精度。雷達(dá)伺服系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)成I型系統(tǒng)或II型系統(tǒng)。I型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是系統(tǒng)的正向通道包含I個(gè)積分環(huán)節(jié)，它的典型開環(huán)傳遞函數(shù)的形式為:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種雷達(dá)伺服系統(tǒng)等效模型的建立方法，其特征在于，主要包括如下步驟: 步驟一:將雷達(dá)伺服系統(tǒng)的伺服帶寬作為原型模擬濾波器的通帶截止頻率，設(shè)計(jì)3階非歸一化巴特沃茲濾波器； 步驟二:采用雙線性變換法，將模擬濾波器系數(shù)變換為數(shù)字濾波器系數(shù)； 步驟三:利用下式所示的IIR遞歸濾波器的差分方程計(jì)算IIR濾波器的輸出:
【文檔編號(hào)】G05B17/00GK103792850SQ201410028564
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】安紅, 楊莉 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所