本發(fā)明涉及一種模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的多模控制、狀態(tài)監(jiān)測方法及系統(tǒng)，屬于自動控制技術(shù)和航空航天領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中，舵機(jī)作為關(guān)鍵的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，起著至關(guān)重要的作用。舵機(jī)通過接收控制信號，精確調(diào)整導(dǎo)彈的姿態(tài)和軌跡，以實現(xiàn)對導(dǎo)彈飛行路徑的控制。

2、隨著現(xiàn)代導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，對舵機(jī)控制精度、響應(yīng)速度和可靠性的要求越來越高，在實際應(yīng)用前，對舵機(jī)的運動姿態(tài)進(jìn)行模擬，可以有效驗證控制算法的有效性和系統(tǒng)設(shè)計的合理性。通過測試過程，可以模擬舵機(jī)的各種工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的方法，不僅可以節(jié)省大量的時間和成本，還可以在早期階段識別并解決設(shè)計中的問題，從而提高舵機(jī)系統(tǒng)的整體性能和可靠性。

3、舵機(jī)在飛行過程中會經(jīng)歷各種復(fù)雜的動態(tài)環(huán)境，如高速飛行、劇烈機(jī)動、外界干擾等。傳統(tǒng)的單一控制策略在面對這些復(fù)雜情況時，難以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，提供一種模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的多?？刂啤顟B(tài)監(jiān)測方法及系統(tǒng)。本發(fā)明通過模擬舵機(jī)的實際運行環(huán)境，包括負(fù)載、擺動角度和擺動速度等參數(shù)，對舵機(jī)進(jìn)行姿態(tài)控制測試，應(yīng)用plc伺服控制技術(shù)、姿態(tài)感知技術(shù)、winform上位機(jī)技術(shù)、統(tǒng)計分析方法和數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，旨在解決舵機(jī)在高速飛行中由于受到空氣動力學(xué)力、重力和慣性力等多種外力影響而導(dǎo)致的姿態(tài)不穩(wěn)定問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：一種模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的多?？刂?、狀態(tài)監(jiān)測方法，包括有以下步驟：

3、a)通過負(fù)載模擬模塊模擬舵機(jī)的實際運行環(huán)境，所述模擬包括設(shè)定負(fù)載參數(shù)、擺動角度和擺動速度，負(fù)載參數(shù)包括可變負(fù)載fc＝fa+fg+fi，其中fa為空氣動力學(xué)力，fg為重力，fi為慣性力；

4、b)通過伺服控制模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的測試程序?qū)Χ鏅C(jī)進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，所述姿態(tài)調(diào)整包括調(diào)整舵機(jī)的角度和速度；

5、c)由姿態(tài)感知模塊實時監(jiān)測舵機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)包括角度、速度、力矩和加速度數(shù)據(jù)；

6、d)將姿態(tài)數(shù)據(jù)和負(fù)載數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行分析處理，所述分析處理包括對舵機(jī)穩(wěn)定性的評估和性能表現(xiàn)的分析，其中舵機(jī)穩(wěn)定性評價指標(biāo)包括：響應(yīng)時間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差，計算方法如下：

7、(1)響應(yīng)時間(tr)：舵機(jī)從起始位置到達(dá)到目標(biāo)位置的時間；

8、(2)超調(diào)量(mp)：舵機(jī)超過目標(biāo)位置的最大偏差量，采用方法：其中mmax為最大值，mtar為目標(biāo)值；

9、(3)穩(wěn)態(tài)誤差(es)：舵機(jī)在穩(wěn)態(tài)時的偏差量，計算方法為：es＝etar-eval，其中etar為目標(biāo)值，eval為實際值；

10、e)通過上位機(jī)模塊集中管理和控制整個系統(tǒng)，上位機(jī)模塊實時顯示測試數(shù)據(jù)，提供運動參數(shù)設(shè)置和調(diào)整功能，生成詳細(xì)的測試報告和分析結(jié)果，上位機(jī)模塊采用基于人機(jī)交互可視化界面的設(shè)計，允許用戶調(diào)整測試參數(shù)和查看實時數(shù)據(jù)圖表。

11、前述的一種模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的多?？刂?、狀態(tài)監(jiān)測方法中，模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的動作過程通過測試臺裝置實現(xiàn)，測試臺裝置包括底座、固定支架、伺服電機(jī)a、伺服電機(jī)b、測試舵機(jī)、傳感器、加載裝置和連接件，伺服電機(jī)a作為動力輸入端，由固定支架固定在底座上，測試舵機(jī)通過連接件與伺服電機(jī)a連接，傳感器通過連接件與測試舵機(jī)連接，加載裝置通過連接件與傳感器連接，伺服電機(jī)b作為加載的輸入裝置通過連接件與加載裝置連接，加載裝置上設(shè)置有刻度盤可以實時讀取測試舵機(jī)的擺動角度。

12、前述的一種模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的多?？刂?、狀態(tài)監(jiān)測方法中，所述步驟a)中，需要完成負(fù)載模擬模塊配置，通過數(shù)學(xué)建模方法，建立舵機(jī)負(fù)載模擬模型m，用于模擬舵機(jī)的實際運行環(huán)境，通過控制伺服電機(jī)b和加載裝置來實現(xiàn)。

13、前述的一種模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的多模控制、狀態(tài)監(jiān)測方法中，所述步驟b)中，需要完成伺服電機(jī)的配置，作為輸入端的伺服電機(jī)a與驅(qū)動器a連接，作為輸出端的伺服電機(jī)b與驅(qū)動器b連接，驅(qū)動器b和驅(qū)動器a通過網(wǎng)線通訊的方式與控制器plc進(jìn)行連接，控制器plc通過網(wǎng)線通訊的方式與計算機(jī)pc連接，通過控制器plc對驅(qū)動器進(jìn)行配置，完成驅(qū)動器的通訊，通訊完成后，編寫測試程序，測試伺服電機(jī)的控制和反饋，保證伺服電機(jī)精準(zhǔn)控制；

14、舵機(jī)的角度角度調(diào)整范圍為-30°至30°，速度調(diào)整范圍0r/min至5000r/min。

15、前述的一種模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的多?？刂?、狀態(tài)監(jiān)測方法中，所述步驟c)中，其中角度測量用刻度盤讀取，精度為±0.1°；力矩通過傳感器獲取，力矩測量精度為0.1n·m；速度和加速度直接從伺服電機(jī)a獲取，速度測量精度為±1r/min，加速度測量精度為0.01g。

16、前述的一種模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的多?？刂?、狀態(tài)監(jiān)測方法中，所述步驟e)中，生成詳細(xì)的測試報告和分析結(jié)果通過報表生成模塊實現(xiàn)，報表生成模塊和數(shù)據(jù)處理模塊集成在上位機(jī)模塊中，伺服控制模塊、姿態(tài)感知模塊、負(fù)載模擬模塊和數(shù)據(jù)處理模塊經(jīng)控制器plc與上位機(jī)模塊連接。

17、前述的一種模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的多?？刂?、狀態(tài)監(jiān)測方法中，上位機(jī)模塊中，人機(jī)交互可視化界面主要由七部分組成：通訊設(shè)置、使能選項、參數(shù)設(shè)置、運行狀態(tài)、點動控制、報表打印和狀態(tài)監(jiān)測；通信設(shè)置功能包括plc的地址和端口輸入，用于連接plc完成通訊；點動控制功能模塊包括速度和加速度的輸入，實現(xiàn)舵機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，并具備運行狀態(tài)指示功能，該模塊主要用于舵機(jī)的調(diào)試；使能選項功能模塊包括伺服電機(jī)的上使能、下使能和故障清除功能，同時具備故障指示燈功能；參數(shù)設(shè)置功能模塊主要用于舵機(jī)的自動化測試，包括正、反位置、速度和加速度的輸入，以及設(shè)置原點和回原點功能；運行狀態(tài)功能模塊包括數(shù)據(jù)的實時顯示功能，通過儀表控件顯示舵機(jī)測試過程中的速度、力矩、位置信息；狀態(tài)監(jiān)測功能模塊包括數(shù)據(jù)曲線的顯示，可以實時觀測數(shù)據(jù)的變化曲線及波動情況；報表打印功能模塊用于測試報告的生成和打印，包括測試時間、測試速度、測試數(shù)量和測試結(jié)果燈信息。

18、一種模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的多模控制、狀態(tài)監(jiān)測方法所用的系統(tǒng)，包括有伺服控制模塊、姿態(tài)感知模塊、負(fù)載模擬模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和上位機(jī)模塊，還有模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的測試臺裝置。

19、本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用多?？刂萍夹g(shù)通過集成多種控制策略，如比例積分微分(pid)控制、模糊控制、自適應(yīng)控制等，可以在不同的飛行階段和工況下切換和組合使用，實現(xiàn)對舵機(jī)的精確控制。例如，在導(dǎo)彈的初始加速階段，可以使用響應(yīng)速度快的pid控制；在高速巡航階段，可以采用模糊控制以提高系統(tǒng)的魯棒性；在末端制導(dǎo)階段，可以結(jié)合自適應(yīng)控制，實時調(diào)整控制參數(shù)以應(yīng)對外界干擾和目標(biāo)機(jī)動。多?？刂?、狀態(tài)監(jiān)測以及模擬舵機(jī)運動姿態(tài)的方法和系統(tǒng)，結(jié)合了現(xiàn)代控制理論、傳感器技術(shù)和監(jiān)測技術(shù)，為導(dǎo)彈舵機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的精確控制和可靠運行提供了有效的解決方案。

20、本發(fā)明具有以下幾個方面的優(yōu)點：

21、(1)本發(fā)明提出了一種模擬飛行舵機(jī)運動姿態(tài)的控制方法，通過對空氣動力學(xué)力、重力和慣性力等多種外部力的建模，能夠全面模擬舵機(jī)在實際運行中的實際受力情況。

22、(2)本發(fā)明設(shè)計了一種新的集成化的測試系統(tǒng)，由伺服控制模塊、姿態(tài)感知模塊、負(fù)載模擬模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和上位機(jī)模塊組成，各個模塊之間緊密集成，實現(xiàn)舵機(jī)姿態(tài)控制的高速響應(yīng)與精密控制。

23、(3)本發(fā)明通過在系統(tǒng)中集成數(shù)據(jù)采集功能，實現(xiàn)舵機(jī)測試過程中運行狀態(tài)的監(jiān)測與分析，且為每一個測試舵機(jī)提供完整的測試報告。