一種基於脈衝步進電機調頻濾波器的自動初始化方法

2023-10-08 15:55:14 2

一種基於脈衝步進電機調頻濾波器的自動初始化方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於脈衝步進電機調頻濾波器的自動初始化方法。它通過計算機、電機驅動器、脈衝步進電機調頻濾波器、測試儀器及穩壓電源組成的自動初始化系統模擬人工操作，計算機內預置自動初始化工具，計算機、電機驅動器、脈衝步進電機調頻濾波器、測試儀器組成迴路，經過若干循環完成特徵數據採集，並通過計算機計算後生成該濾波器需要的初始數據。本方法精度高、效率快、操作方便，適用多種頻率範圍，且初始化過程可無人值守，可對生成的初始化數據進行驗證。可以將過程數據及結果保存為文件，使過程有可追溯性。本方法特點是在控制測試儀器的同時控制被測產品，兩者協同進行，完全模擬人工操作，記錄過程數據，並可避免人為錯誤。
【專利說明】一種基於脈衝步進電機調頻濾波器的自動初始化方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及通信領域中採用脈衝步進電機調頻濾波器的一種初始化方法，特別適用於產量大、要求準確度較高的採用脈衝步進電機調頻濾波器產品。

【背景技術】
[0002]脈衝步進電機調頻濾波器的研發生產過程中需要對濾波器進行初始化，而傳統的初始化是需要人工操作儀器、控制濾波器進行濾波器特徵數據採集的，這種方法效率低、由於長時間人工操作易出錯。隨後發展出一種測試裝置可以減少人工操作避免出錯，也可以提高測試效率。但這種裝置在相對較低的頻段、精度要求不高的濾波器產品可以使用，用於較高頻段的濾波器時測試準確度不夠，以至於測試較高頻段濾波器時仍使用人工操作方式。


【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題在於避免上述【背景技術】中的不足之處而提供一種自動初始化方法，且本方法具有初始化精度高、耗時短、通用性強、操作簡單易用、功能多樣化、可同時控制測試儀器與被測產品的特點。
[0004]本發明所要解決的技術問題是由以下技術方案實現的:
[0005]1、一種基於脈衝步進電機調頻濾波器的自動初始化方法，該方法是藉助於自動初始化系統來實現的，所述的自動初始化系統包括內部預置自動初始化工具的計算機(I)、電機驅動器(2)、脈衝步進電機調頻濾波器(3)、網絡分析儀(4)和穩壓電源(5)，其包括以下步驟:
[0006]步驟一:通過計算機(I)選擇自動初始化系統的自動磨合功能，並設置脈衝步進電機調頻濾波器(3)的最高頻率Fmax和磨合次數N，操作完成後，進入磨合過程，磨合結束後執行步驟二；
[0007]步驟二:通過計算機(I)設置脈衝步進電機調頻濾波器(3)的最高頻率Fmax和最低頻率Fmin，單擊開始，計算機(1)根據設定的條件提示是否進行網絡分析儀(4)的校準，若需要進行校準，則按計算機(I)的提示進行直通校準，否則，執行步驟三；
[0008]步驟三:查找脈衝步進電機調頻濾波器(3)的頻率為最低頻率Fmin時所對應的脈衝數，即初始脈衝；
[0009]步驟四:根據設置的脈衝步進電機調頻濾波器(3)的最高頻率Fmax選擇最優的特徵數據採集方式；
[0010]步驟五:以初始脈衝為起點按照最優的特徵數據採集方式採集脈衝步進電機調頻濾波器(3)濾波過程中的特徵數據，直至採集的脈衝步進電機調頻濾波器(3)的頻率值F』滿足F』 ^ Ffflax時停止採集特徵數據，判斷是否需要驗證，若需要驗證執行步驟六；否則，直接結束初始化工作；
[0011 ] 步驟六:通過插值法處理已經採集的數據，生成驗證過程中需要的初始化數據，按照生成的初始化數據進行自動驗證，驗證完成後，初始化工作結束。
[0012]2、步驟一中所述的磨合過程包括以下步驟:
[0013]步驟1.1:通過計算機(I)向脈衝步進電機調頻濾波器(3)發送500步回零步進脈衝指令，脈衝步進電機調頻濾波器⑶執行500步回零脈衝；
[0014]步驟1.2:網絡分析儀(4)測試脈衝步進電機調頻濾波器(3)步進完成後的頻率F，；
[0015]步驟1.3:自動初始化工具判斷F』與Fmax的關係，如果F』 < Fmax則再直接步進500個脈衝，並且跳至步驟1.3的操作；否則，記錄總脈衝數a ；
[0016]步驟1.4:脈衝步進電機調頻濾波器(3)每次進行a個回零步進脈衝，共N次。
[0017]3、步驟二中的設定條件為:同一批產品首件初始化必須要校準網絡分析儀(4)。
[0018]4、步驟三包括以下步驟:
[0019]步驟3.1:脈衝步進電機調頻濾波器(3)回零步進η個脈衝，其中，η的初始值為5000 ；
[0020]步驟3.2:網絡分析儀(4)測試脈衝步進電機調頻濾波器(3)步進完成後的頻率f』 ；如果|Fmin-f』 I > 2000Hz,自動初始化工具根據公式η』 = n+(Fmin-f』)/(n/f』)對η進行優化，η』即為優化後的η，然後跳至步驟一；如果|Fmin-f』 I ( 2000Hz，則記錄n，n即為初始脈衝。
[0021]5、步驟四中選擇最優的特徵數據採集方式包括以下步驟:
[0022]步驟4.1:讀取脈衝步進電機調頻濾波器(3)的最高頻率Fmax ；
[0023]步驟4.2:根據讀取的脈衝步進電機調頻濾波器(3)的最高頻率Fmax選擇最優的特徵數據採集方式，其中，當Fmax < IGHz時，選擇直接步進方式作為最優的特徵數據採集方式採集特徵數據；當Fmax ^ 2GHz時，選擇回零步進方式作為最優的特徵數據採集方式採集特徵數據；當IGHz ( Fmax < 2GHz時，選擇混合步進方式作為最優的特徵數據採集方式採集特徵數據，即先使用回零步進方式採集特徵數據再使用直接步進方式採集特徵數據，每採用3次直接步進方式使用I次回零步進方式。
[0024]本方法相比【背景技術】具有以下優點:
[0025]1、本方法可以實現對產品進行自動磨合，使新產品儘快進入穩定狀態。增加初始化的準確性。
[0026]2、本方法簡化了操作人的工作內容，操作人設置相關操作參數確認開始後即可離開，初始化過程可無人值守，大大提高了初始化工作效率。
[0027]3、本方法可全程自動記錄數據，無需操作人手動記錄，避免人為錯誤，提高初始化準確性。
[0028]4、本方法可以對初始化數據進行自動/手動驗證，使初始化結果更可靠。
[0029]5、本方法可以將初始化過程數據存入Excel文件，使初始化過程具有可追溯性。
[0030]6、本方法適用於多種頻率範圍的濾波器(僅限於網絡分析儀的可測試範圍，但可通過更換網絡分析儀擴展可測試範圍)。具有較強的通用性。
[0031]7、本方法可用同種類型多型號網絡分析儀實現，具有較強的通用性、可實現性。
[0032]8、本方法可根據被測濾波器頻率範圍選擇合適的初始化方式。如頻率範圍偏低的產品自動使用效率較高的初始化方式，節約時間、提高效率；頻率範圍偏高的產品自動使用精確度較高的初始化方式，提高精確度。
[0033]9、本方法具有控制測試儀器的同時也控制被測產品的特點，完全模擬人工操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本方法實現所需測試平臺的結構圖；
[0035]圖2為所述自動初始化工具的自動磨合功能原理圖；
[0036]圖3為本方法的流程圖；
[0037]圖4為本方法實施過程中查找初始脈衝的原理圖；
[0038]圖5為本方法實施過程中特徵數據採集方式選擇原理圖。

【具體實施方式】
[0039]參照圖1，本方法通過由計算機1、電機驅動器2、濾波器3、網絡分析儀4、穩壓電源5等組成的測試平臺實現。它利用計算機1、電機驅動器2、濾波器3、網絡分析儀4組成迴路，計算機I根據用戶設置的參數對網絡分析儀4、電機驅動器2進行控制，採集網絡分析儀4測試的濾波器過程數據，經過若干循環將濾波器特徵數據採集完成。並通過計算機計算後生成該濾波器需要的初始化數據。
[0040]參照圖1，所述計算機I的USB接口通過USB-GPIB轉接卡與網絡分析儀4的GPIB埠連接；所述計算機I的COM接口通過線纜與電機驅動器2的RS232接口相連；所述電機驅動器2的電源由穩壓電源5提供兩路分別為+5V和+15V的電源；所述電機驅動器2的脈衝輸出端與濾波器3的脈衝步進電機輸入端連接；所述濾波器3的輸入、輸出端通過兩根測試線纜分別與網絡分析儀4的輸出、輸入端連接。
[0041]產品磨合:產品初始化前應先進行磨合，使其進入穩定狀態後再進行初始化。按圖1連接完成，選擇磨合功能。操作人只需設置濾波器3的最高頻率Fmax和磨合次數N ;設置完成，自動初始化工具通過計算機I的COM埠向電機驅動器2發送步進500脈衝指令，電機驅動器2向濾波器3的脈衝步進電機發送500脈衝信號，濾波器3的脈衝步進電機開始調諧濾波器3的頻率；調諧完成後，自動初始化工具通過計算機I的USB接口向網絡分析儀4發送測試指令；網絡分析儀4測試完成後通過GPIB接口向計算機I的USB接口發送測試數據(頻率F』)，自動初始化工具的磨合模塊判斷是否是F』 ^ Ffflax ;如果是則記錄濾波器步進電機總脈衝數a電機回零開始以每次a個脈衝磨合，共磨合N次，如果否則繼續直接步進500脈衝，如此循環直至F』 ^ Ffflax再開始磨合。操作人輸入參數後，整個磨合的過程不需人為參與，完全由自動初始化工具通過計算機I協調整個系統完成，此過程參見圖2。
[0042]進行初始化:參照圖3，產品磨合完成後，開始進行初始化，首先操作人輸入濾波器3的最高頻率Fmax、最低頻率Fmin，然後提示是否校準儀器，儀器在每次使用前必須校準，校準完成後會自動將校準信息存入儀器內，在連接狀態不變的情況下可以選擇不用校準，自動初始化工具自動讀取校準信息。校準完成開始查找基準脈衝，根據濾波器最高頻率Fmax判斷採集特徵數據方式，以基準脈衝為起點開始採集數據，直至採集的頻率值F』滿足F』 ^ Ffflax後進行數據處理，生成我們所需要的初始化數據。操作人輸入參數後，整個初始化過程除校準外不需人為參與，完全由自動初始化工具通過計算機I協調整個系統完成。
[0043]初始化數據生成後可按照生成的數據進行自動驗證，驗證過程不需人為參與，完全由自動初始化工具通過計算機I協調整個系統完成。驗證完成，初始化工作結束，也可不進行驗證直接結束。
[0044]查找初始脈衝:參照圖4，初始脈衝既濾波器3頻率為Fmin時所對應的脈衝數。所述自動初始化工具通過COM接口向電機驅動器2發送回零脈衝命令，使濾波器回零。所述自動初始化工具通過COM接口向電機驅動器2發送回零步進η個脈衝，待電機步進完成後再通過USB接口向網絡分析儀4發送測試指令；網絡分析儀4返回測試結果由自動初始化工具分析後再進行增大或減小η重複以上步驟，直至測試結果等於Fmin (容差± 0.002MHz)，記錄初始脈衝η。
[0045]選擇初始化方式:參照圖5，自動初始化工具根據Fmax選擇最優的特徵數據採集方式。當< IGHz時，使用直接脈衝步進方式採集數據，更節省時間；當Fmax ^ 2GHz時，使用回零步進方式採集數據，更準確；當IGHz ( Ffflax < 2GHz時，使用混合步進方式採集數據，如先回零步進再直接步進，且每直接步進3次回零I次，既節省時間又保證採集數據的準確性。當採集的頻率值F』滿足F』 SFmax後停止採集，並存儲特徵數據表。
【權利要求】
1.一種基於脈衝步進電機調頻濾波器的自動初始化方法，該方法是藉助於自動初始化系統來實現的，所述的自動初始化系統包括內部預置自動初始化工具的計算機(I)、電機驅動器(2)、脈衝步進電機調頻濾波器(3)、網絡分析儀(4)和穩壓電源(5)，其特徵在於包括以下步驟: 步驟一:通過計算機(I)選擇自動初始化系統的自動磨合功能，並設置脈衝步進電機調頻濾波器(3)的最高頻率Fmax和磨合次數N，操作完成後，進入磨合過程，磨合結束後執行步驟二 ； 步驟二:通過計算機⑴設置脈衝步進電機調頻濾波器⑶的最高頻率Fmax和最低頻率Fmin，單擊開始，計算機(I)根據設定的條件提示是否進行網絡分析儀(4)的校準，若需要進行校準，則按計算機(I)的提示進行直通校準，否則，執行步驟三； 步驟三:查找脈衝步進電機調頻濾波器(3)的頻率為最低頻率Fmin時所對應的脈衝數，即初始脈衝； 步驟四:根據設置的脈衝步進電機調頻濾波器(3)的最高頻率Fmax選擇最優的特徵數據採集方式； 步驟五:以初始脈衝為起點按照最優的特徵數據採集方式採集脈衝步進電機調頻濾波器(3)濾波過程中的特徵數據，直至採集的脈衝步進電機調頻濾波器(3)的頻率值F』滿足F』 ^ Ffflax時停止採集特徵數據，判斷是否需要驗證，若需要驗證執行步驟六；否則，直接結束初始化工作； 步驟六:通過插值法處理已經採集的數據，生成驗證過程中需要的初始化數據，按照生成的初始化數據進行自動驗證，驗證完成後，初始化工作結束。
2.根據權利要求1所述的一種基於脈衝步進電機調頻濾波器的自動初始化方法，其特徵在於步驟一中所述的磨合過程包括以下步驟: 步驟1.1:通過計算機(I)向脈衝步進電機調頻濾波器(3)發送500步回零步進脈衝指令，脈衝步進電機調頻濾波器(3)執行500步回零脈衝； 步驟1.2:網絡分析儀(4)測試脈衝步進電機調頻濾波器(3)步進完成後的頻率F』 ； 步驟1.3:自動初始化工具判斷F』與Fmax的關係，如果F』 < Fmax則再直接步進500個脈衝，並且跳至步驟1.3的操作；否則，記錄總脈衝數a ； 步驟1.4:脈衝步進電機調頻濾波器(3)每次進行a個回零步進脈衝，共N次。
3.根據權利要求1所述的一種基於脈衝步進電機調頻濾波器的自動初始化方法，其特徵在於步驟二中的設定條件為:同一批產品首件初始化必須要校準網絡分析儀(4)。
4.根據權利要求1所述的一種基於脈衝步進電機調頻濾波器的自動初始化方法，其特徵在於步驟三包括以下步驟: 步驟3.1:脈衝步進電機調頻濾波器(3)回零步進η個脈衝，其中，η的初始值為5000 ； 步驟3.2:網絡分析儀(4)測試脈衝步進電機調頻濾波器(3)步進完成後的頻率f』;如果|Fmin-f』 I > 2000Hz,自動初始化工具根據公式η』 = n+(Fmin-f』)/(n/f』 )對η進行優化，η』即為優化後的η，然後跳至步驟一；如果|Fmin-f』 I ( 2000Hz，則記錄n，n即為初始脈衝。
5.根據權利要求1所述的一種基於脈衝步進電機調頻濾波器的自動初始化方法，其特徵在於步驟四中選擇最優的特徵數據採集方式包括以下步驟: 步驟4.1:讀取脈衝步進電機調頻濾波器(3)的最高頻率Fmax ； 步驟4.2:根據讀取的脈衝步進電機調頻濾波器(3)的最高頻率Fmax選擇最優的特徵數據採集方式，其中，當Fmax < IGHz時，選擇直接步進方式作為最優的特徵數據採集方式採集特徵數據；當Fmax ^ 2GHz時，選擇回零步進方式作為最優的特徵數據採集方式採集特徵數據；當IGHz ( Fmax < 2GHz時，選擇混合步進方式作為最優的特徵數據採集方式採集特徵數據，即先使用回零步進方式採集特徵數據再使用直接步進方式採集特徵數據，每採用3次直接步進方式使用I次回零步進方式。
【文檔編號】G05B13/02GK104239745SQ201410528723
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月9日 優先權日:2014年10月9日
【發明者】馬騰, 劉文杰, 李志強, 楊博 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所