專利名稱：一種舵系統動態測試方法
技術領域：
本發明涉及一種舵系統動態測試方法。
技術背景
舵系統是導彈飛行控制系統中的重要組成部分，是導彈控制系統的執行機構，通過驅動舵面偏轉，使導彈產生控制力或控制力矩，從而穩定導彈飛行狀態或改變飛行狀態。 舵系統通常由舵機、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，與反饋裝置反饋回來的反饋信號進行比較，當兩個信號不等時，則把兩者的差值送給綜合放大器，由綜合放大器控制舵機偏轉，從而控制外部操縱部件動作。
傳統的舵系統測試方法多以靜態性能參數測試為主，難以對各種瞬態異常現象做出及時準確的判定，舵系統的動態性能直接關系到導彈飛行的穩定性與調節的快速性。舵系統的動態性能測試指標主要有過渡過程、靈敏度、超調量以及彈道軌跡仿真等。對于過渡過程、靈敏度和超調量測試，測試流程明確，激勵信號類型簡單，通過現有的軟硬件資源可以實現。而彈道軌跡仿真的激勵信號則一般無規律，且該激勵信號要求能夠嚴格按照導彈飛行時的狀態和控制時序來控制，現有的資源很難保證實時性，且計算機占用資源比較高。 傳統的驗證該性能方法都要用實際飛行試驗來進行，成本高，且費時、費力。因此急需開發一種能夠按照以往實際飛行試驗中的實測數據，真實的生成相應的彈道軌跡曲線的舵系統控制信號裝置，實現用地面模擬試驗代替飛行試驗。對舵系統進行動態性能檢測，進而利用仿真動態過渡過程檢測信息對控制模型進行辨識與仿真，將是舵系統綜合性能分析、設計和動態性能評估、驗證的有效手段。發明內容
本發明的技術解決問題是針對現有技術的不足，提供了一種舵系統動態測試方法。采用本發明可以用于地面模擬飛行狀態試驗，解決了在實驗室條件下無法驗證舵系統在真實彈道軌跡曲線控制情況下的動態運行狀況和性能測試的問題。
本發明的技術解決方案是
一種舵系統動態測試方法，用于產生控制舵系統工作控制信號，包括以下步驟
(1)接收計算機發出的控制指令和輸入信號參數，所述輸入信號參數，包括信號類型、信號幅度和或信號頻率，或導彈飛行時產生的彈道軌跡曲線參數；
(2)根據控制指令對輸入信號參數進行解析構造解析信號，將獲得的解析信號送入步驟(3)，所述解析信號為直流信號、交流信號或彈道軌跡曲線信號；
(3)對送入的解析信號進行判斷
若解析信號為直流信號或交流信號，直接作為測試信號送入步驟(4)；
若解析信號為彈道軌跡曲線信號，進行濾波作為測試信號輸出到步驟；
(4)對輸入的測試信號進行補償，并將補償后的測試信號送入步驟(5)；
(5)將步驟(4)送入的測試信號進行緩存，將測試信號進行數模轉換和濾波后，將測試信號從一路或多路輸出。
所述步驟(3)中，若解析信號為彈道軌跡曲線信號，則進行如下濾波
若解析信號的幅值大于被測舵系統控制信號的最大幅值，則對解析信號進行限幅濾波，將解析信號的幅值控制在被測舵系統控制信號的最大副值內；
若解析信號的幅值變化速度超過了被測舵系統的響應速度，則對解析信號進行消抖濾波；
若解析信號的高頻分量超過被測舵系統所能響應的最高頻率，則對解析信號進行低通濾波，濾除解析信號中超過被測舵系統響應范圍的高頻分量；
若需要對舵系統某段頻率區間中的響應性能進行測試，則對解析信號進行帶通濾波，獲取對于被測頻率區間內的測試信號；
若需要對舵系統在響應頻率范圍內的高頻區間響應能力進行測試，則對解析進行高通濾波，獲得高頻范圍內的測試信號。
所述步驟(4)中采用一階或二階模型對測試信號進行補償，獲得精度符合要求的測試信號并輸出。
所述步驟(5)對測試信號進行RC濾波，其中R = 100 Ω，C = 0. IuF0
所述步驟(5)中，測試信號最多從6路同時輸出。
本發明與現有技術相比具有如下優點
(1)本發明所述方法實時性好、定時精度高。傳統的實驗測試通過計算機軟件來控制測試信號的輸出，當彈道曲線的兩個控制信號之間的時間間隔小于3ms時，計算機很難保證按照該時間輸出控制信號且定時精度不高。本發明根據輸入信號參數產生用于控制舵系統的測試信號，在輸出前進行緩存，根據實際的測試需要進行輸出，因此具體較高的實時性，例如在本發明實施例中采用2MHz的晶體震蕩器，時間誤差不大于0. 001ms，能夠滿足嚴格按照外部輸入信號的時間輸出控制信號的要求。
(2)可以有效節省計算機系統資源，使用本發明所述方法，可以將產生測試信號的流程固化到獨立的硬件上，不占用計算機的系統資源，再獲得輸入信號參數后可以自動根據流程產生測試信號，不再需要計算機系統實時控制。
(3)采用本發明可以同時輸出一路或多路測試信號，最多可達6路測試信號的輸出。通常一套舵系統為4只舵機，最多為6只，因此可以滿足能夠滿足最大需求。
0)、本發明根據輸入信號參數可以產生包括直流、交流和根據實際彈道軌跡產生的彈道軌跡曲線在內的三種不同類型的測試信號，測試信號的輸出類型豐富。
(5)本發明在對彈道軌跡曲線測試信號輸出前，根據舵系統的實際工作能力和產生的彈道軌跡曲線測試信號，可對測試信號進行多種形式的濾波，滿足了測試要求的同時， 也保證了測試的安全性，不會對被測的舵系統造成傷害。
圖1為本發明流程圖2為本發明實施例示意圖。
具體實施方式
下面就結合附圖對本發明做進一步介紹。
如圖1所示，為本發明流程圖，具體如下
(1)計算機根據產生用于確定測試信號的輸入信號參數。本發明測試信號可以分為直流信號、交流信號和彈道軌跡曲線信號。對于直流信號，輸入信號參數為信號的幅度； 對于交流信號，輸入信號參數為信號的幅度和頻率；對于彈道軌跡曲線信號，計算機根據導彈飛行時的實際彈道軌跡，產生輸入信號參數。
(2)根據計算機產生的輸入信號參數，構造解析信號。構造的解析信號類型與測試信號類型相對應，包括直流信號、交流信號和彈道軌跡曲線信號。
(3)若解析信號為直流信號或交流信號，則因為該信號為測試裝置內部產生，不會被環境所干擾，只需對其進行補償即可，不需進行濾波。若解析信號為彈道軌跡曲線信號， 則由于外部輸入信號由于導彈在飛行過程中受到環境干擾導致控制信號上疊加了一定的雜波信號或者用戶想考察舵系統某一方面的性能指標，需要進行濾波。
對于不同型號的舵系統所需要的控制信號最大幅值不同，可能是8V、IOV或12V， 如果超過最大值，則可能會對舵系統造成損壞，因此如果彈道軌跡曲線信號有超過被測舵系統控制信號最大幅值的時候，就要對該軌跡曲線進行限幅濾波；由于舵系統的響應速度比較慢，所以對信號的突然大幅度的變化不能及時響應且可能對舵系統內的電機造成損傷，因此當外部信號波形有幅度較大變化時應對其進行消抖濾波；舵系統是一個低頻響應系統，對于高頻信號無法及時響應，所以當彈道軌跡波形曲線頻率高于被測舵系統所能響應的最高頻率時，應對該曲線信號進行低通濾波處理；當用戶想要測試舵系在某段頻率區間的性能指標時可以采用帶通濾波方式對彈道軌跡曲線信號進行濾波；如果用戶想測試舵系統在高頻控制信號下的工作狀態時，則需要對外部信號進行高通濾波。
完成步驟(3)的處理后，解析信號將作為測試信號轉入步驟(4)。
(4)在步驟中，需要對測試信號進行補償。具體的補償方法如下可采用y = ax+b形式的一階模型或y = ax2+bx+c形式的二階模型進行補償，以滿足控制信號輸出精度滿足設計要求。具體采用哪種模型進行補償，取決于D/A芯片的線性度。其中表達式里的 y是輸出給執行模塊控制D/A輸出用的，χ為步驟C3)處理后的解析信號，而a、b、c則是用戶根據D/A芯片的線性度好壞擬合出來的系數。
(5)補償后的測試信號將被進行緩存，將測試信號進行數模轉換和濾波后，根據實際的測試要求將測試信號從一路或多路輸出。
根據上述方法，本發明在具體實現時，采用硬件和VHDL語言編程相結合的方式將對測試信號生成和輸出的整個流程進行固化。從而可在接收到計算機輸出輸入信號參數后，自主的完成對測試信號的輸出實現對舵系統的動態性能指標的測試。
如圖2所示，所述步驟(1) (3)通過信號生成模塊實現，其中，信號生成模塊中的解析模塊完成對輸入信號參數的解析，生成解析信號。并根據解析信號的類型，選擇是否輸出到濾波模塊進行濾波或者直接輸出到SDRAM中進行緩存。濾波模塊對彈道軌跡曲線信號的解析信號進行如上所述的濾波后，再輸出到SDRAM中進行緩存。在信號生成模塊中，由 SDRAM將存儲的解析信號作為測試信號輸出。
所述步驟(4)通過控制模塊實現。在控制模塊中，對于類型為交流信號的測試信號，需要進行接口時序的配置，計算出某一時刻執行模塊應輸出的控制信號幅值大小，以便執行模塊輸出控制信號。測試信號輸入到控制模塊后，存儲到數據緩沖區中。并由補償模塊完成對測試信號的補償，補償方法如上所述。經補償后的信號輸出到寄存器中緩存。
所述步驟(5)通過執行模塊實現，用戶可根據實際的實用情況同時輸出相同幅值的信號波形，也可以同時輸出不同幅值信號的波形，亦或分時輸出相同或不同幅值的信號波形。執行模塊控制6路D/A芯片輸出直流信號、交流信號或彈道軌跡信號，信號經過RC 濾波(R = 100 Ω，C = 0. IuF,主要濾去工頻干擾)處理后驅動舵系統，實現模擬彈道軌跡曲線的工作。
本發明未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
權利要求
1.一種舵系統動態測試方法，用于產生控制舵系統工作的控制信號，其特征在于包括以下步驟(1)接收計算機發出的控制指令和輸入信號參數，所述輸入信號參數，包括信號類型、 信號幅度和或信號頻率，或導彈飛行時產生的彈道軌跡曲線參數；(2)根據控制指令對輸入信號參數進行解析構造解析信號，將獲得的解析信號送入步驟(3)，所述解析信號為直流信號、交流信號或彈道軌跡曲線信號；(3)對送入的解析信號進行判斷若解析信號為直流信號或交流信號，直接作為測試信號送入步驟；若解析信號為彈道軌跡曲線信號，進行濾波作為測試信號輸出到步驟；(4)對輸入的測試信號進行補償，并將補償后的測試信號送入步驟(5)；(5)將步驟(4)送入的測試信號進行緩存，將測試信號進行數模轉換和濾波后，將測試信號從一路或多路輸出。
2.根據權利要求1所述的一種舵系統動態測試方法，其特征在于所述步驟(3)中，若解析信號為彈道軌跡曲線信號，則根據下述情況進行濾波方法若解析信號的幅值大于被測舵系統控制信號的最大幅值，則對解析信號進行限幅濾波，將解析信號的幅值控制在被測舵系統控制信號的最大副值內；若解析信號的幅值變化速度超過了被測舵系統的響應速度，則對解析信號進行消抖濾波；若解析信號的高頻分量超過被測舵系統所能響應的最高頻率，則對解析信號進行低通濾波，濾除解析信號中超過被測舵系統響應范圍的高頻分量；若需要對舵系統某段頻率區間中的響應性能進行測試，則對解析信號進行帶通濾波， 獲取對于被測頻率區間內的測試信號；若需要對舵系統在響應頻率范圍內的高頻區間響應能力進行測試，則對解析進行進行高通濾波，獲得高頻范圍內的測試信號。
3.根據權利要求1所述的一種舵系統動態測試方法，其特征在于所述步驟中采用一階或二階模型對測試信號進行補償，獲得精度符合要求的測試信號并輸出。
4.根據權利要求1所述的一種舵系統動態測試方法，其特征在于所述步驟( 對測試信號進行RC濾波，其中R = 100 Ω，C = 0. IuF0
5.根據權利要求1所述的一種舵系統動態測試方法，其特征在于所述步驟(5)中，測試信號最多從6路同時輸出。
全文摘要
本發明公開了一種舵系統動態測試方法，用于產生控制舵系統工作控制信號。包括根據輸入信號參數產生解析信號的步驟；將解析信號轉換為測試信號的步驟；對測試信號進行補償的步驟；將測試信號輸出的步驟。采用本發明可以用于地面模擬飛行狀態試驗，解決了在實驗室條件下無法驗證舵系統在真實彈道軌跡曲線控制情況下的動態運行狀況和性能測試的問題。
文檔編號G01M99/00GK102507225SQ20111028386
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者于江海, 俞波, 劉曉鋒, 孫宏明, 李金金, 楊業明, 梁屹, 漆小彩, 王芳 申請人:航天科工慣性技術有限公司