一種雷達伺服系統等效模型的建立方法
2023-06-02 19:03:01 2
一種雷達伺服系統等效模型的建立方法
【專利摘要】本發明公開了一種雷達伺服系統等效模型的建立方法，屬於系統仿真領域。該方法主要包括三個步驟：模擬低通濾波器設計、由模擬濾波器變換為數字濾波器、IIR數字濾波器濾波處理。輸入數據是目標角度數據，通過IIR數字濾波器的濾波處理，輸出伺服系統驅動天線轉動到相應的角度值，以實現雷達伺服系統控制天線精密跟蹤目標的功能。該方法主要針對雷達伺服系統的穩定性、過渡過程品質及動態響應能力等技術指標，將伺服系統看作是一個單位脈衝響應無限長的線性時不變系統，利用數字濾波技術將雷達伺服系統近似等效為一個具有無限長脈衝響應的IIR遞歸濾波器。由於模型建立過程比較簡單，而且數值計算量不大，因此在雷達系統數字仿真中有很好的應用。
【專利說明】一種雷達伺服系統等效模型的建立方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於系統仿真領域，涉及一種對雷達角度跟蹤伺服系統功能特性及性能指標進行等效模擬的仿真模型建立方法。
現有技術
[0002]雷達伺服系統是靠誤差工作的反饋閉環控制系統，誤差經過變換、放大校正和功率放大後，控制執行元件帶動伺服機械傳動裝置，驅動天線朝減小誤差的方向轉動，直至天線對準目標。雷達伺服系統屬於高精度的伺服系統，是精密跟蹤雷達的重要組成部分，其性能的好壞將直接影響雷達的角度跟蹤精度，因此通常設計成由電流迴路、速度迴路和位置迴路組成的三環二階無靜差系統，要求具有快速響應特性、高跟蹤精度和寬調速範圍的性能指標。
[0003]目前，在雷達伺服系統設計中，完成了伺服系統方案設計的設計者往往希望在伺服系統建造之前能夠預測系統的性能，並對系統設計參數進行檢驗，以實現系統設計的優化，從而減少系統調試階段的盲目性，加快系統的調試進度。為此設計者通常利用數字仿真技術，採用計算機數值計算的方法建立伺服系統控制對象的數學模型，通過選擇不同形式和參數的校正環節，計算伺服系統的輸出特性，以檢驗伺服系統設計參數是否合理及是否滿足系統性能指標。在進行這種基於伺服系統設計優化目的的數字仿真時，首先要了解被控對象的特點和對伺服系統的具體要求，制定伺服系統的實現方案，包括主要元部件種類、聯結和控制方式、電源指標要求以及校正補償裝置的考慮等，然後建立組成伺服系統的各控制迴路的數學模型(即傳遞函數)，最後利用伺服系統仿真軟體，例如通常採用MATLAB軟體(美國Mathworks公司推出的、用於科學工程數值計算和圖形處理的交互式仿真工具軟體，其提供的工具箱中有針對控制系統而設計的、具有動態建模、仿真及綜合分析功能的軟體包)，對伺服系統進行仿真和性能分析，從而通過改變控制器的形式和參數，使伺服系統的性能達到最佳。
[0004]但是這種用於伺服系統設計優化目的的仿真方法並不適合雷達系統數字仿真器研製需求，這是因為用於伺服系統設計優化的仿真需要針對伺服系統設計方案，對組成伺服系統的三級控制迴路(電流迴路、速度迴路和位置迴路)逐級建立各迴路的傳遞函數(即數學模型)，並以此構建整個伺服系統的傳遞函數，然後利用伺服系統的傳遞函數來仿真計算伺服系統的開環頻率特性、閉環頻率特性、閉環階躍響應特性，從而實現對伺服系統性能的分析評估。而在雷達系統數字仿真器中，對雷達伺服系統的仿真主要在指定伺服系統關鍵性能指標下的系統控制功能的仿真，而且在雷達系統數字仿真器研製過程中往往並不具備實現對伺服系統進行性能仿真的條件，因為沒有伺服系統的設計方案就無法建立伺服系統的傳遞函數，所以需要一種對雷達伺服系統功能特性及性能指標進行等效模擬的仿真模型。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是:利用數字濾波技術將雷達伺服系統近似等效為一個具有無限長脈衝響應的IIR遞歸濾波器，實現對雷達伺服系統主要性能和功能的仿真。本發明可用於雷達系統數字仿真器。
[0006]本發明的技術方案是:提供了一種對雷達角度跟蹤伺服系統功能及性能特性進行等效模擬的仿真模型建立方法，該方法主要針對雷達伺服系統的穩定性、過渡過程品質及動態響應能力等技術指標，將伺服系統視作是一個單位脈衝響應無限長的線性時不變系統，利用數字濾波技術將雷達伺服系統近似等效為一個具有無限長脈衝響應的IIR遞歸濾波器。
[0007]雷達伺服系統是靠誤差工作的反饋閉環控制系統，其主要性能指標包括:穩定裕度、伺服帶寬、過渡過程品質和跟蹤精度。雷達伺服系統通常設計成I型系統或II型系統。I型系統的結構特點是系統的正向通道包含I個積分環節，它的典型開環傳遞函數的形式為:
[0008]
【權利要求】
1.一種雷達伺服系統等效模型的建立方法，其特徵在於，主要包括如下步驟: 步驟一:將雷達伺服系統的伺服帶寬作為原型模擬濾波器的通帶截止頻率，設計3階非歸一化巴特沃茲濾波器； 步驟二:採用雙線性變換法，將模擬濾波器係數變換為數字濾波器係數； 步驟三:利用下式所示的IIR遞歸濾波器的差分方程計算IIR濾波器的輸出:
【文檔編號】G05B17/00GK103792850SQ201410028564
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】安紅, 楊莉 申請人:中國電子科技集團公司第二十九研究所