基于MATLAB的GUI设计伺服系统仿真软件

∫
0 2 tr
∞
Pi
d =
∫1 +
0
∞
K
0
2
d = K 2
∫ 1+d
- ∞
∞
2 0
=
2
K
0
( 7)
由阵风力矩引起的输出角度的平方为 : = K 2
∫
∞
- ∞
G ( S) 2 d =
k
1 2 j
∫ G( S ) G( - j
j
S ) dS
( 8)
其中: 1 G( S ) = 而 Y P 为位置回路在截止频率 2. 2. 4 传动误差 当存在传动误差时 , 相当于在输出轴上迭加一个干扰信号 动误差 , 由干扰
2
Mf + ML + i
Jd +
Jz 2 i i
m
( 1)
Fs
2 3
R
( 2)
式中: v 为风速 ; C M 为风阻系数; A = R 天线面积; = = 45 R 2( k g ) 为风阻力。
・R 为相对速度系数; F s= C s ・q ・A v
电动机的额定功率 P n、 额定转速 nn 、 额定转矩 M n、 电机总效率 关系如下: Pn = 2. 2 误差分析 2. 2. 1 动态滞后误差 雷达伺服系统误差主要有动态滞后误差 , 稳态风、 阵风引起的力矩误差, 静摩擦力矩引起 的误差 , 伺服系统的电噪声和量化误差, 还有传动系统的机械噪声和空回。 伺服系统的动态滞后误差, 主要包括速度滞后误差和加速度滞后误差。 伺服系统设计为Ⅱ 型系统, 理论上 , K v = ∞ , 实际上在计算机系统中 , 由于数值计算的精度所限, K v 不可能达到 ∞ , 但采用计算机控制时, K v 可以做得很高, 这样速度滞后误差即使在最大速度下也非常小, 可以忽略不计。 加速度滞后取决于加速度常数 K a , 雷达天线保精度跟踪加速度为 ° , 则加速度滞后误差: = ° Ka ( 4) M nn 975 ( 3)
2003 年 3 月
火控雷达技术
第 32 卷
基于 M AT LA B 的 GU I 设计伺服 系统仿真软件
王 李 忱
( 南京电子技术研究所 南京 210013) 【 摘要】 主要介绍利用 MA T L AB 软件的 GUI 功能构造雷达伺服系统仿真软 件包, 举例说明驱动功率计算、 误差估计、 可靠性估算的计算机辅助分析和设计, 利用 本文设计的软件工具包可以简单方便地估算伺服系统的基本性能, 用以指导实际系 统设计。
1 引言
计算机仿真技术是设计、 研究和开发现代电子设备的新型手段 , 具有巨大的优越性。 目前, 我们在雷达伺服系统的工程设计中已广泛采用了这项技术 。当前较流行的是采用 MAT L AB 软件包进行设计, 该软件包对控制系统及各类控制算法提供了强大而齐全的工具箱, 对于控制 系统的设计而言已十分完善。 对于雷达伺服系统这样一个特殊的控制对象, 本文利用 MAT L AB 软件包的图形用户界 面功能( GU I ) 编制了工程计算用的工具软件包。 采用 GUI 设计可使用户与计算机采用图形方 式进行信息交互, 这样就简化操作、 使用快捷。 编制的软件工具包可简化工程设计计算 , 指导实 际系统设计。 利用 MAT L AB 软件对雷达伺服系统进行计算机辅助的时域和频域分析 , 在文献 49
2003 年 3 月
火控雷达技术
n
第 32 卷 ( 15)
A sij k =
∏A
k= 1
sij k
3 GU I 制作
根据式( 1) 至 ( 15) 计算式编制 M 脚本文件 , 参考文献 2 介绍的方法 , 本文设计包含以上计 算功能的 W indo w s 标准图形用户界面软件包, 方便实际工作中的使用。 在自制的用户界面菜单中除标准菜单项外增加一个菜单项 Calculat io n 下拉三个子菜单, 分别是计算驱动功率的 P ow er 、 误差分析的 Error 和可靠性估计 MT BF , 编写如下程序: [ 伺服计算. m ] fig ur e … ,′ ) ; % 带简捷键 C 的用户菜单 Calculat ion h - menu= uim enu ( gcf, ′ L abel′ &Calculat ion ′ ,′ , … % 带简捷键 P 的下拉菜单 P ow er ′ h - submenu 1= uim enu ( h- menu , ′ Label′ &Pow er ′ Callback ′ ,[′ pcal′ ]) ; 2= ,′ , … % 制作另一个下拉菜单 Error ′ h submenu uim inu ( h - minu , ′ label ′ &Erro r ′ ,[′ ] ); Callback ′ ecal′
关键词 :
雷达伺服系统 M AT L AB 仿真
Design of Simulation Software for Radar Servo System Using GUI of MATLAB
Wang Wei L i Chen ( N anj ing R esearch Inst itute of El ectronics T echnology , N anj ing 210013) Abstract: T his paper intr oduces a simulat io n sof t ware package f or radar serv o syst em w hich uses Graphical User Int erf aces ( GUI) of M AT L AB package. T his comput er-aided analy sis and design sof t w are is demonst rat ed based o n analysis of t he dr iv er pow er calcul at ion, system erro r calculation and reliabilit y estim at ion of radar servo sy st em. T his so ft w are can be used t o calcul at e t he basic param et ers o f any radar serv o sy st em . It is helpful t o design o f practical radar serv o systems . Keywords: radar serv o-sy st em M AT LAB simulatio n
2003 年 3 月
火控雷达技术
第 32 卷
要使 Q 阵正定, 则其行列式 Q ≠0, 可以先考虑为 0 的情况 , v ∥ ( v2 ⊥ - 2v ⊥ v ∥) v⊥ v2 ∥ Q = det Q = = 0 2 R R 令 R ≠0, 化简有 v ⊥ [ v ⊥- ( 2 + R ) v ∥ ] = 0
f
用频率特性表示: ot = ( 1/ 1+ W ( j ) ) 传动误差对系统输出的影响与 (j ) 0, 误差
ot ot f f
的频率有很大关系。当
c
的频率小于截止频率 的频率大于
c
c
, W
→ 0, 当
f f
的频率等于 的频率等于
, 误差 , 误差
ot
= 1/ 2 f , 当 = 1/ 2 f 。
( 11)
( 12)
解 1: v ⊥= 0 解 2: v ⊥= ( 2+ R ) v ∥ 只有当 v ∥≈ 0 时解 2 才能成立, 而 v 为常量, 所以 v ∥、 v ⊥不能同时为 0, 故解 2 不成立仅有 v ⊥ = 0 可使 det Q= 0。也就是说当目标沿径向运动时 , 系统是不可观测的 , 而对于无源定位 , 大 多数情况下满足 v ⊥ ≠0 这一条件, 所以该系统模型是可以观测的。 通过以上分析 , 从式( 1) 和式 ( 7) 可以看出, 目标的状态方程和测量方程在直角坐标系下均 表示为线性方程, 可以使用常规的卡尔曼滤波算法进行后续的处理。
3
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火控雷达技术
第 32 卷
3 和文献 4 中有很详尽的介绍 , 本文主要介绍实际工作中常用的驱动功率计算、 误差分析计算 和系统可靠性估算。
2 算式简介
2. 1 驱动功率计算 雷达伺服系统驱动功率计算中, 主要包含电机负载转动惯量、 摩擦力矩、 电机转动惯量、 风 负载力矩等。 假设雷达天线的转动惯量为 J z , 稳态风力矩为 M f , 电动机的转子转动惯量为 J d , 摩擦力 矩 M L , 负载加速力矩 M a, 减速器的速比为 i , 当电机经减速器带动负载作等加速 m 运动时, 电 机轴上承受的负载总力矩为 : M = 风负载力矩计算: Mf = v2 × CM × A × D × 16
-
,′ , … % 制作另一个下拉菜单 M T BF ′ h - submenu 3= uim inu ( h - minu , ′ label ′ &M T BF′ ,[′ ]); Callback ′ mcal ′
图 1 用户菜单界面设置 按不同的选项调用不同的计算过程, 对每项计算再设计相应的输入输出界面 , 例如对于驱 动功率计算编写以下代码: h - t ex t 1= uico nt ro l( h - f ig , ′ st yle ′ ,′ t et ′ ,… ′ unit ′ ,′ normalized ′ ,′ positio n′ , [ 0. 67, 0. 73, 0. 25, 0. 14] , … ′ horizo nt al′ ,′ left ′ ,′ st ring ′ ,{′ 天线最大角速度( r ad/ s) ′ ,′ omig a= ′ }) ; h - t ex t 2= uico nt ro l( h - f ig , ′ st yle ′ ,′ t et ′ ,… ′ unit ′ ,′ normalized ′ ,′ positio n′ , [ 0. 67, 0. 15, 0. 25, 0. 14] , … ′ horizo nt al′ ,′ left ′ ,′ st ring ′ ,{′ 电机转动惯量 ( kg. m . s2) ′ ,′ Jd= ′ }) ; …… 参数输入完毕 , 立即将计算结果显示出来。 ( 下转第 66 页) 52