基于机电联合仿真的天线伺服系统控制性能优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114282357A(43)申请公布日2022.04.05(21)申请号202111508413.7(22)申请日2021.12.10(71)申请人中国电子科技集团公司第五十四研究所地址050081河北省石家庄市中山西路589号第五十四所天伺专业部(72)发明人张磊王晓军王磊祝博王大为杨晋蓉陈隆李若茜(74)专利代理机构河北东尚律师事务所13124代理人王文庆(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称基于机电联合仿真的天线伺服系统控制性能优化设计方法(57)摘要本发明公开了一种基于机电联合仿真的天线伺服系统控制性能优化设计方法，属于天线系统优化设计领域。本发明运用了刚体动力学建模方法，建立了天线系统控制方案，设计了控制方案的优化流程，实现了较精准地跟踪天线系统的目标路径。该方法基于机电联合一体化仿真，考虑对天线机械系统的控制闭环子系统进行自动化优化，可提高天线控制性能，降低样机试制成本。CN114282357ACN114282357A权利要求书1/2页1.一种基于机电联合仿真的天线伺服系统控制性能优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在动力学仿真软件中构建天线结构刚体动力学仿真模型；(2)基于步骤(1)中建立的天线结构刚体动力学仿真模型，在动力学仿真软件中，生成联合仿真中间文件，包括**.m、**.cdm和**.adm文件；(3)基于步骤(2)中生成的联合仿真中间文件，在控制仿真软件平台中建立控制方案；(4)运行机电联合仿真，得到控制路径曲线，获得控制过程的性能指标：路径误差累积ε、调节时间ts、超调量σ和控制能量J；(5)建立天线机电联合仿真各环节的自动化流程；(6)分析天线控制系统，建立控制方案的优化模型；(7)基于多学科优化平台，搭建优化流程，选择优化算法进行控制性能优化。2.根据权利要求1所述的一种基于机电联合仿真的天线伺服系统控制性能优化设计方法，其特征在于，步骤(2)的具体方式为：对天线机电联合仿真的数据交互过程进行分析，在动力学仿真软件的控制模块中，定义天线系统的控制力矩为输入变量，用于存放Matlab中控制系统输出的指令并输入至Adams；定义天线系统反馈变量角度，角速度为输出变量，用于控制方案中的反馈输入；指定变量完成后，生成导出联合仿真中间文件；其中，**.m是保存输入和输出信息的程序文件，用于修改Matlab工作空间指向Adams工作空间；**.cdm是Adams模型定义文件，包含模型的完整拓扑结构信息，能够进行编程；**.adm命令文件是控制闭环子系统的核心，在Adams和Simulink联合仿真分析时使用。3.根据权利要求1所述的一种基于机电联合仿真的天线伺服系统控制性能优化设计方法，其特征在于，步骤(4)中性能指标的获得方式为：由控制曲线得到跟踪控制时间ts和实际控制的跟踪输出y；设y′表示期望输出，T(t)为控制力矩，则性能指标计算方式如下：控制能量J计算方式如下：其中，R为能量惩罚正定矩阵。4.根据权利要求1所述的一种基于机电联合仿真的天线伺服系统控制性能优化设计方法，其特征在于，步骤(5)的具体方式为：对各软件在用户界面使用宏录制的方式生成宏文件，采用批处理运行宏文件以实现自动化。5.根据权利要求1所述的一种基于机电联合仿真的天线伺服系统控制性能优化设计方法，其特征在于，步骤(6)的具体方式为，对天线控制系统的控制参数进行参数化，设定约束2CN114282357A权利要求书2/2页条件，选定目标函数对控制系统进行优化；所建立的控制方案的优化模型为：其中，Xc表示控制参数，ε(Xc)表示系统在设计点Xc处的误差累积值，ts(Xc)表示系统在设计点Xc处的调节时间，σ(Xc)表示系统在设计点Xc处的超调量，J(Xc)表示系统在设计点Xc处的控制代价函数，Xc和表示控制参数的下界和上界，t′和表示调节时间的下界和上界，σ′和J′分别为超调量和代价函数的约束值。3CN114282357A说明书1/6页基于机电联合仿真的天线伺服系统控制性能优化设计方法技术领域[0001]本发明涉及天线系统优化设计领域，尤其涉及一种基于机电联合仿真的天线伺服系统控制性能优化设计方法。背景技术[0002]天线是一种用来进行电磁波发射与接受的精密机械结构，其目的在于对电磁信号实现精确、实时、可靠的传输。伺服系统是用来控制天线，使之准确地自动跟踪空中目标的方向，用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。[0003]过去对于天线系统的控制方案设计通常采用手动调节控制参数，而常规PID算法的动态性能和静态精度相互制约，给时变非线性系统的预测精度