基于Chirp信号的电液伺服系统频率特性测试方法研究

摘要

在电液伺服系统的性能评价和其控制器的设计过程中，频率特性是最为重要的系统特性之一。由于电液伺服系统存在的间隙、死区非线性，采样量化误差，以及外界电磁干扰等问题，当采用Chirp（调频脉冲扫频）信号作为激励源进行系统频率特性测试时，如果测试数据信噪比小于10 dB，则直接采用FFT（快速傅里叶变换）处理往往使得频率特性曲线严重畸变，无法获得满意结果。针对该问题，在分析了这些因素作用下电液伺服系统的频率响应特性的基础上，提出将这些因素对响应信号的影响均视为频谱密度常数各不相同的随机干扰，并采用白噪声模型模拟这些因素对测试过程影响的研究方法。提出采用带通滤波和小波包变换去噪对加入白噪声的系统响应信号进行预处理，并对响应的高频段运用最小二乘法进行分段拟合，再由FFT进行分析和处理，从而获得满意的系统频率特性曲线的方法。将该方法用于加入白噪声的电液伺服系统电模拟实验，以及在实际的倒立单摆负载电液伺服系统的频率特性实验中，结果均表明:对于截止频率以下的频段，在信噪比小于10 dB甚至为-20 dB时，可以得到测试误差不大于2 dB的幅频特性曲线，和误差不大于6°的相频特性曲线，较好的满足系统性能评价和控制器设计的应用要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 电液伺服系统频率特性测试的研究与发展概况

1．2．1 系统频率特性测试原理

1．2．2 国内外频率特性测试激励信号的研究概况

1．2．3 国内外频率特性测试数据处理方法的研究概况

1．2．4 国内外液压系统频率测试的研究概况

1．2．5 综述

1．3 论文主要内容

第2章 基于Chirp信号的电液伺服系统频率特性测试的特点

2．1 系统动态特性的数学描述

2．2 基于Chirp信号的频率特性测试原理

2．3 电液伺服系统频率特性测试的特点分析

2．3．1 倒立单摆负载电液伺服系统数学模型的建立

2．3．2 电液伺服系统非线性因素对频率特性测试的影响

2．3．3 采样量化对频率特性测试带来的干扰

2．3．4 电液伺服系统外部坏境因素对频率特性测试带来的干扰

2．3．5 电液伺服系统频率特性测试对Chirp信号的要求

2．3．6 电液伺服系统频率特性测试的工作点问题

2．3．7 白噪声对频率特性的影响

2．4 本章小结

第3章 电液伺服系统频率特性测试中的数字滤波

3．1 电液伺服系统频率特性测试稳态直流分量的滤除

4．2 基于小波包变换对电液伺服系统白噪声干扰模型的去噪

3．3 高频段正弦曲线拟合

3．3．1 电液伺服系统频率特性高频段的正弦曲线拟合

3．3．2 极坐标法消除相频特性跳变误差

3．4 电液伺服系统频率特性测试的误差分析

3．5 基于xPC Target的频率特性实验系统设计

3．6 本章小结

第4章 电液伺服系统电模拟频率特性测试实验

4．1 电液伺服系统的电模拟模型建立

4．2 电液伺服系统电模拟频率特性测试实验

4．2．1 电液伺服系统电模拟频率特性测试实验的目的

4．2．2 Chirp信号幅值对电液伺服系统电模拟频率特性测试的影响

4．2．3 电液伺服系统电模拟实验

4．3 电液伺服系统电模拟频率特性测试的误差分析

4．4 本章小结

第5章 电液伺服系统频率特性测试实验

5．1 倒立单摆负载电液伺服系统

5．2 倒立单摆负载电液伺服系统测试实验

5．2．1 倒立单摆负载电液伺服系统频率特性点频法测试

5．2．2 基于Chirp信号的电液伺服系统频率特性测试实验

5．3 倒立单摆负载电液伺服系统频率特性测试的误差分析

5．4 本章小结

总结与展望

1 总结

2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表及录用学术论文

附录B 科研实践