一种惯性平台稳定回路闭环测试方法

摘要

一种惯性平台稳定回路闭环测试方法，本发明基于一套硬件闭环测试系统，本方法将待测稳定回路的输出信号进行模数转换，然后设置合适的PID控制器参数，将模数转换器的结果经PID控制器计算后送数模转换器给稳定回路提供输入，形成闭环反馈机制，控制器收敛后稳定回路的输出会稳定至零，即退出积分饱和状态，控制器给数模转换器的输入即为稳定回路的输入零偏；控制器收敛后进行稳定回路动态特性测试，通过动态特性测试模块产生正弦激励信号，并采集稳定回路的输出信号，通过比较激励信号和输出信号的相位关系和幅值关系得到动态特性测试结果。本发明能够克服电路零偏带来的积分饱和现象，能够直接测量出稳定回路的输入零偏和动态特性。

说明书

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种惯性平台稳定回路闭环测试方法，属于控制 电路测试技术领域。

背景技术

惯性平台稳定回路的工作原理为：在平台受到扰动发生偏转时，陀螺感 受到这个角速度信号发生进动绕其输出轴产生一个转角，角度传感器能够敏 感到该角信息并将该信息输出到后续的电路部分，经过一系列信号处理后产 生控制信号，该控制信号驱动平台偏转轴上的力矩电机向相反方向转动来平 衡干扰力矩，最终达到平衡。

稳定回路的设计通常有两点要求：一是要求静态误差为零，为了达到无 差控制，稳定回路的控制环节中会串联一阶纯积分环节；二是要求稳定回路 动态特性满足一定要求，需要稳定回路再串联相应的超前滞后校正网络，使 整个稳定回路动态性能满足相应的指标。校正完成后的稳定回路的性能用其 幅频特性和相频特性来衡量。因此，稳定回路性能的测试主要是测试其幅频 特性和相频特性，统称为动态特性。

稳定回路是有积分的控制回路，在输入端不为零的情况下，会使输出长 期处于饱和状态，导致无法测试动态特性。由于电路零偏等因素的影响，实 际电路的输入端往往不为零，所以，在传统的测试过程中，首先需要打开电 路箱盖，将积分电容短路，使其处于无积分工作状态，然后用幅频特性测试 仪测试其无积分时的动态特性。

而实际使用过程中稳定回路是带积分工作的，所以说传统的测试方法并 不能完全代表电路实际工作时的性能。而且，测试时需要打开电路箱冒盖、 短路积分电容等操作，不利于产品的质量控制，而且自动化程度低，不理于 提供生产效率。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足之处，提供一种惯性平台 稳定回路闭环测试方法，该方法将PID(比例积分和微分)闭环控制的思想 应用于稳定回路测试过程中，能够克服电路零偏带来的积分饱和现象，能够 直接测量出稳定回路的输入零偏和动态特性。

本发明的技术解决方案：

一种惯性平台稳定回路闭环测试方法，闭环测试系统包括待测稳定回路 单板、模数转换器、工控机和数模转换器，工控机又包括PID控制器模块、 驱动程序模块和动态特性测试模块，包括以下步骤：

(1)构建闭环测试系统；

(2)模数转换器对待测稳定回路单板的输出信号进行量化并将量化结 果送入PID控制器中；

(3)通过设置合适的PID控制器并根据模数转换器送来的量化结果产 生输出量送至待测稳定回路形成负反馈，当待测稳定回路的输出收敛至零 时，PID控制器的输出量为待测稳定回路的输入零偏，并将该输出零偏送入 动态特性测试模块，此后PID控制器不再工作，工控机切换到动态特性测试 模块工作；

(4)模数转换器将待测稳定回路单板的输出信号的量化结果送入动态 特性测试模块，动态特性测试模块根据PID控制器输出的待测稳定回路的输 入零偏产生正弦交流信号并将其送入待测稳定回路中用作激励信号；

(5)模数转换器将此时待测稳定回路的输出信号量化送入动态特性测 试模块，动态特性测试模块根据接收的输出信号比较与激励信号的相位关系 和幅值关系进而得到待测稳定回路的动态特性。

所述步骤(4)中动态特性测试模块产生的正弦信号的直流分量为PID 控制器输出的零偏值即为待测稳定回路的输入零偏。

本发明与现有技术相比的优点如下：

(1)本发明相对于传统的测试方法，无需打开电路箱，可以进行封闭 测试，大幅减少了操作过程。

(2)本发明实现测时过程自动化，提高生产效率。

(3)本发明的测试状态与实际工作状态一致，提高了测试结果的可信 度，有利于产品质量控制。

附图说明

图1是本发明闭环测试系统硬件连接示意图；

图2是本发明测试流程图；

图3是本发明稳定回路PID闭环测试原理示意图；

图4是本发明稳定回路输入零偏测试仿真框图；

图5是本发明测试结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的描述。

如图1所示惯性平台稳定回路闭环测试系统，闭环测试系统由待测稳定 回路单板、模数转换器、工控机和数模转换器构成(模数转换器和数模转换 器可集成于工控机上，能提高测试系统集成度)；数模转换器用于采集待测 稳定回路的输出信号，数模转换器用于给待测回路施加输入激励信号，工控 机上运行配套程序，包括PID控制器、数模转换器和模数转换器板卡的驱动 程序和动态特性测试模块的程序，工控机型号可选取NI公司的PXIe-1065 机箱和控制器PXIe-8115组合，并配备PXI-7852R板卡，此板卡包含了数 模转换器和模数转换器。

如图2所示，(1)构建闭环测试系统；

(2)模数转换器对待测稳定回路单板的输出信号进行量化并将量化结 果送入PID控制器中；

(3)通过设置合适的PID控制器(根据具体情况而定)并根据模数转 换器送来的量化结果产生输出量送至待测稳定回路形成负反馈，当待测稳定 回路的输出收敛至零时，PID控制器的输出量为待测稳定回路的输入零偏， 并将该输出零偏送入动态特性测试模块，此后PID控制器不再工作，工控机 切换到动态特性测试模块工作；

(4)模数转换器将待测稳定回路单板的输出信号的量化结果送入动态 特性测试模块，动态特性测试模块根据PID控制器输出的待测稳定回路的输 入零偏产生正弦交流信号并将其送入待测稳定回路中用作激励信号；

(5)模数转换器将此时待测稳定回路的输出信号量化送入动态特性测 试模块，动态特性测试模块根据接收的输出信号比较与激励信号的相位关系 和幅值关系进而得到待测稳定回路的动态特性。

所述步骤(4)中动态特性测试模块产生的正弦信号的直流分量为PID 控制器输出的零偏值为待测稳定回路的输入零偏。

如图3所示，PID控制器将待测稳定回路的输出和输入形成反馈机制， 能够使待测稳定回路的输出自动收敛至零，克服积分饱和现象，同时获得输 入零偏，PID控制器的输入为模数转换器得到的待测稳定回路的输出信号的 量化结果，PID控制器计算出的数字量送数模转换器给稳定回路提供输入。

PID控制器的参数的设置可借助Matlab/Simulink仿真工具和通用的

PID控制器参数整定理论进行调整，直至仿真结果达到所需要求。例如，待 测稳定回路设计的传递函数模型为输入零偏为 2，设置PID控制器的参数分别为积分系数Ki＝0，微分系数Kd＝0，比例系 数Kp＝100，模数转化器采样频率设置为100Hz，可在10s内使稳定回路输 出从饱和状态退出至零，此时，PID控制器输出收敛至2，即测量出了输入 零偏，仿真框图如图4所示。

输入零偏测试完成后，待测稳定回路输出为零，此时由工控机中的动态 特性测试程序产生正弦激励信号激励待测稳定回路，正弦信号需要设置PID 控制器得到的输入零偏作为直流分量，同时使用模数转换器测量稳定回路的 输出信号，比较输出信号和激励信号的相位关系和幅值关系可得到动态特 性。如数据处理程序产生的激励信号为1Hz，幅值为2V，测量到的输出信 号为0.25V，相位比激励信号延迟38°，则得到了稳定回路响应1Hz信号 的动态特性，其它频率方法相同。

零偏测试和动态特性测试效果图如图5所示。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。