一种大天线雷达伺服系统机械特性参数估计方法与流程

1.本发明涉及雷达伺服系统领域。更具体地，涉及一种大天线雷达伺服系统机械特性参数估计方法。


背景技术：

2.机械特性参数，包括摩擦建模参数和天线转动惯量，是雷达伺服系统的重要参数。摩擦会降低伺服系统的速率平稳性和跟踪精度，而天线转动惯量直接影响伺服闭环控制的各项性能。目前对大天线雷达伺服系统机械特性参数的估计方法研究不多，针对其他伺服系统的研究存在摩擦模型不准、参数呈非线性不易估计等问题，而对转动惯量的估计一般依赖于负载的设计重量数据，和实际负载转动惯量存在一定误差。已有的估计方法大多为在线估计，所用算法较复杂，不利于工程实现。从技术和成本上，不适用于对实时性和执行效率要求高的大天线雷达伺服系统。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的第一个实施例提供一种大天线雷达伺服系统机械特性参数估计方法，包括：
4.利用位置稳态误差，计算摩擦力矩；
5.计算摩擦特征参数估计值和转动惯量的估计值。
6.在一个具体实施例中，所述方法还包括：
7.获取伺服系统控制结构的预设参数，并根据所述预设参数计算位置稳态误差。
8.在一个具体实施例中，所述摩擦力矩为：
9.f＝-e
sskpkv
10.其中，e
ss
为位置稳态误差，k
p
为比例控制，kv为增益。
11.在一个具体实施例中，所述伺服系统控制结构的预设参数包括：位置控制参数、速度回路参数和天线负载，其中，
12.位置控制参数设为比例控制k
p
，速度回路参数为增益kv和时间常数t，能等效为惯性环节天线负载为j为转动惯量。
13.在一个具体实施例中，所述位置稳态误差为
[0014][0015]
其中，
[0016]
在一个具体实施例中，所述计算摩擦特征参数估计值包括：
[0017]
设置伺服系统转速分别为ωi(i＝1,
…
,n)，可得对应的n组摩擦力矩
[0018]fi
＝-e
ssikpkv
(i＝1,
…
,n)
[0019]
在n组摩擦力矩fi(i＝1,
…
,n)中找出最小值其对应的转速作为stribeck速度ωs的估计值，记为
[0020]
计算以[fc,fs,b]
t
为参数的关于摩擦力矩的线性方程
[0021]fi
＝(1-μi)fc μ
ifs
bωi[0022][0023]
其中，fc、fs、和b分别为库伦摩擦力矩、最大静摩擦力矩、stribeck速度和粘性摩擦系数四个特征参数，ωi为伺服系统运动速度，
[0024]
构造回归矩阵φ如下：
[0025][0026]
计算[fc,fs,b]
t
的估计值，记为
[0027][0028]
得到fc、fs、ωs和b四个摩擦特征参数的估计值。
[0029]
在一个具体实施例中，所述计算转动惯量的估计值包括：
[0030]
令伺服系统按照预设的曲线轨迹进行转动，设t1和t2时刻驱动力矩分别为t
t1
和t
t2
，预设的加速度为a，则计算转动惯量的估计值为
[0031][0032]
本发明的有益效果如下：
[0033]
本发明通过利用位置稳态误差，计算摩擦力矩，计算摩擦特征参数估计值和转动惯量的估计值，明确大天线雷达伺服系统的机械特性参数，便于大天线雷达伺服系统工程应用，而且本发明采用离线估计方法，方法简单，适用于对实时性和执行效率要求高的大天线雷达伺服系统。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]
图1示出根据本发明一个实施例的大天线雷达伺服系统机械特性参数估计方法流程图。
[0036]
图2示出根据本发明一个实施例的大天线雷达伺服系统结构图。
[0037]
图3示出根据本发明一个实施例的预设的曲线轨迹示意图。
具体实施方式
[0038]
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0039]
如图1所示，一种大天线雷达伺服系统机械特性参数估计方法，包括：
[0040]
利用位置稳态误差，计算摩擦力矩；
[0041]
计算摩擦特征参数估计值和转动惯量的估计值。
[0042]
在一个具体实施例中，所述方法还包括：
[0043]
获取大天线雷达伺服系统控制结构的预设参数，并根据所述预设参数计算位置稳态误差。
[0044]
其中，大天线雷达为天线直径超过10米以上的雷达，所述伺服系统如图2所示，所述伺服系统控制结构的预设参数包括：位置控制参数、速度回路参数和天线负载，其中，
[0045]
位置控制参数设为比例控制k
p
，速度回路参数为增益kv和时间常数t，可等效为惯性环节天线负载为j为转动惯量。
[0046]
当伺服系统匀速转动时，摩擦力矩f为恒定值，由其引起的稳态误差e
ss
为
[0047][0048]
其中，
[0049]
从而得到所述摩擦力矩为：
[0050]
f＝-e
sskpkv
[0051]
其中，e
ss
为位置稳态误差，k
p
为比例控制，kv为增益。
[0052]
设置伺服系统转速分别为ωi(i＝1,
…
,n)，可得对应的n组摩擦力矩
[0053]fi
＝-e
ssikpkv
(i＝1,
…
,n)
[0054]
在n组摩擦力矩fi(i＝1,
…
,n)中找出最小值其对应的转速作为stribeck速度ωs的估计值，记为
[0055]
计算以[fc,fs,b]
t
为参数的关于摩擦力矩的线性方程
[0056]fi
＝(1-μi)fc μ
ifs
bωi[0057][0058]
其中，fc、fs、和b分别为库伦摩擦力矩、最大静摩擦力矩、stribeck速度和粘性摩擦系数四个特征参数，ωi为伺服系统运动速度，
[0059]
构造回归矩阵φ如下：
[0060][0061]
计算[fc,fs,b]
t
的估计值，记为
[0062][0063]
得到fc、fs、ωs和b四个摩擦特征参数的估计值。
[0064]
所述计算转动惯量的估计值包括：
[0065]
令伺服系统按照如图3所示的预设的曲线轨迹进行转动，设t1和t2时刻驱动力矩分别为t
t1
和t
t2
，预设的加速度为a，则计算转动惯量的估计值为
[0066][0067]
由此得到转动惯量j的估计值，大天线雷达伺服系统的机械特性参数已经全部明确，便于大天线雷达伺服系统工程应用，而且本发明采用离线估计方法，计算方法简单，适用于对实时性和执行效率要求高的大天线雷达伺服系统。
[0068]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。