分包括J〇ut= {NL,NB,NM，Z0,PM，PB，化}、Jout =(NB，NM，ZO，PM，PB}，Lut= {NM，Z0，PM}。NL、NB、NM、ZO、PM、PB、化分别表示负限、负大、 负中、零、正中、正大，正限，其是模糊性的表述，是一种程度的模糊描述。根据输入（3种）、 输出（3种）划分可建立九种模糊自调谐器，W输入划分1。= (NB，NM，Z0,PM，PB}，输出划分 Jwt= {NB，NM，Z0,PM，PB}为例说明其中一个模糊自调谐器建立过程，输入S似被划分为模 糊集合Jm= {NB，NM，Z0,PM，PB}，设P={p1，P2,P3,P4,P5,P6,PJ为输入S似的值的分割，令 NB=如，P2,P3}，NM= {P2,P3,pj，Z0 = {P3,P4,Ps}，PM= {P4,Ps，Pe}，PB=柄，Pe，pj。设 パ,';"'=(.s如）|p,).,j二].2，….'7为隶属度函数，其代表是s(k)属于NB，醒，Z0，PM，PB的程度。模 糊逻辑自适应调谐器的输出9化）划分为模糊集1。,=脚8，醒，20，？1，？8}，设9化）的值的 分割为0=站，92,93,94,95,96,97}，定义输出隶属度函数为咕""（'1如，1 = 1，2，'"，7。为了实现 模糊调谐算法的实时性，模糊规则应尽量简化W节省计算时间，自调谐器采用如下规则： W42] IF^;:.=(.sW|p,)，j=l，2，.'.，7THEN";;'(.iy,)，i=l，2，...，7'y=l，2，...，5
[0043] 通过W上方法可W建立包含所有组合的单输入单输出模糊自调谐器库。模糊自调 谐器原理可参见G.K.I.Mann,B.Hu,R.G.Gosine,AnalysisofdirectactionfuzzyPID controllerst;ruc1:ures,IEEEbansSystemsManCybernet.PartB29(1999)371 - 388。
[0044] 自调谐器采用如下规则实现模糊调谐算法的实时性：当滑膜面抖振较大时，应该 使用较小的参数，W防止力矩饱和，当滑膜面抖振较小时，应增大参数值，W进一步减小抖 振幅度。由四种滑膜控制率，九种模糊自调谐器可得共计=十六种可行的控制策略库如图 1所示。
[0045] (3)建立包含扰动与系统误差的仪器系统模型，采用计算机仿真的方式对系统拟 采用的控制策略进行仿真，根据仿真的结果导出拟采用的准模式切换查找表，控制策略仿 真控制结构如图3所示。图中，仿真控制结构包括模式输入，控制策略，仪器物理模型，仪器 输出，指标输出，角度测量模块。工作模式是仿真的条件，由工作模式产生仿真输入数据并 决定角度测量模块的分辨率，仪器仿真模型是仪器物理模型与工作模式综合作用模型。仿 真过程为输入与角度测量模块反馈比较的差作为控制策略的输入，控制策略输出作为控制 量输入到仪器物理模型并产生仪器输出。仪器输出与输入经过处理后产生指标输出。由该 输出指标即可判断控制策略的有效性。需要注意的是，仿真时，仿真周期与实际仪器伺服周 期匹配。
[0046] 多参数仪器系统的模型建立采用如下方式：由于整个系统的响应带宽比较宽，因 此首先采用频率方法辨识系统模型，在系统的采样周期为125yS条件下，系统输入甜Z~ 70化正弦波，在运种情况下系统输出也为正弦振荡，对每一个频率的输入波形采集系统输 出的幅值。根据系统输入的频率与输出幅值的对应关系，通过频域法辨识开环系统模型。 hr- 通过频域辨识实验，仪器的辨识模型一般具有如下形式：y約=--n-，b、a。、 岛0--"jZ十化、之 曰1、曰2为辨识参数，无具体物理意义。辨识模型可W进行所有的仿真验证。实际上，辨识模型 的结构并非唯一，但有一个相似度指标，一般先估计辨识模型的结构，然后由采集的输入、 输出实验数据通过频域法估计模型参数，如：b、a。、ai、曰2。模型参数估计出来后，将实验采 集的输入数据输入辨识模型，得到辨识模型的输出。相似度由辨识模型的输出与实际采集 的输出数据计算相关性得到，只要相似度指标满足要求就可W认为辨识的模型可替换实际 模型进行仿真模拟。
[0047] 在计算机中建立系统的辨识模型，对控制策略库的各控制策略进行计算机仿真模 拟，仿真过程如下：从工作模式表中选择一种工作模式，从控制策略表中选择一种控制策 略，由仪器的工作模式、控制策略、物理模型建立计算机仿真模型，通过仿真模型对该控制 策略下的系统性能指标进行验证，若满足系统性能指标，则该工作模式及对应的控制策略 进入准模式切换查找表。否则，从控制策略表中选择下一控制策略，并再次进行系统性能指 标的验证。W仿真模拟的输出作为指标与系统实际的指标要求进行对比，若仿真结果优于 系统要求指标则该该控制策略进入准模式切换查找表，否则丢弃该控制策略；迭代该过程 直到验证所有控制策略。最终，根据仿真的结果建立拟采用的准模式切换查找表。
[0048] 通过频域响应建立的是仪器的物理模型。在计算机模拟仿真时要根据具体的工作 模式对模型进行适应性调整。仿真模型是物理模型增加具体工作模式下的条件后的综合模 型。不同的工作模式具有与其对应的综合模型。仪器指标在不同工作模式下是不同的，在 位置模式下主要是位置精度，在速率模式下主要是速率精度，而在动态仿真模式下主要是 频率、幅值与相位指标。在不同工作模式下，计算机模拟输出就是仿真指标，该指标要与仪 器在该模式下的实际要求指标相比较。判断的标准为计算机模拟的指标是否比实际要求指 标高。通过计算机模拟建立的是准模式切换查找表，之所W称之为准模式切换查找表是因 为其并没有经过实际验证。但它可W为实际验证提供依据。没有准模式切换查找表，则模 式切换查找表的建立过程就是盲目的，将大大增加工作量。
[0049] 工作方式的叠加主要是仪器的频域辨识模型叠加不同的输入与角位置反辨率。如 位置模式，则叠加位置输入，速率模式叠加速率输入，动态仿真模式叠加的输入为一定频率 与幅值的震荡波。角位置分辨率根据步骤（1)速率的计算公式逆推得到。运就是根据不同 工作模式将仪器频域模型叠加工作方式的方法。
[0050] (4)对系统准控制策略查找表进行仪器实际运行验证，根据系统实际运行效果建 立验证后的模式切换查找表。
[0051] 首先选择工作模式1，模式1为位置模式，速率范围为0. 0001-100。/s时的工作 状态。在模式1下，仪器的控制策略选择策略1，开始对策略1进行性能指标验证，如果在策 略1下系统的性能指标满足要求则结束控制策略的遍历过程（对于单个工作模式来说，只 要找到满足该模式下指标要求的控制策略即可，从整体上来就是最优的，当然追求单个模 式的最优控制策略将更好，但工作量巨大）。将模式1、控制策略1编入算法查找表。如果 在控制策略1下，系统没有达到性能指标，则继续验证策略2,直到找到能够满足模式1的符 合条件的控制策略。将模式1及其对应的控制策略编入查找表。在实际系统验证之前先根 据系统综合模型进行系统仿真验证，对系统工作模式和控制策略进行计算机模拟，由模拟 结果建立准模式切换查找表，最后对准模式切换查找表进行实际系统验证，采用运种先计 算机模拟建立准查找表然后实际系统验证的方式可W加快系统验证过程，减少验证的工作 量。
[0052] (5)迭代步骤（4)，直到为所有工作模式及速率选择合理的控制策略，并为之建立 模式切换查找表，模式切换查找表的建立过程如图2所示。在系统控制器内存中建立系统 所有工作模式及速率分区下的模式切换查找表。
[0053] (6)系统工作时，由输入的系统工作模式，控制器自主遍历模式切换查找表选择最 优控制策略进行无缝切换控制。
[0054] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种多参数测试仪器多模式宽速率无缝切换方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 将多参数测试仪器的速率范围进行nl等分，得到nl个速率区间，同时将多参数测 试仪器的工作方式与nl个速率区间进行两两任意组合，共得到3nl种工作模式；所述的工 作方式包括速率工作方式、位置工作方式、动态仿真工作方式； (2) 建立多参数测试仪器的控制策略库；所述的控制策略库由控制策略构成，控制策 略包含控制率与模糊自调谐器的组合，所述的模糊自调谐器对控制率进行自适应调整；所 述的控制率对多参数测试仪器在确定工作模式下的运行进行控制； (3) 建立多参数测试仪器的模型，对于步骤（1)的3nl种工作模式，采用计算机仿真的 方式对步骤（2)中控制策略库的每一条控制策略进行逐一验证，查找到能够满足要求的工 作模式与控制策略的组合，并将组合写入准模式切换查找表； (4) 利用多参数测试仪器对准模式切换表进行实际验证，找出每一种工作模式下唯一 的最优的控制策略，并写入模式切换查找表； (5) 在多参数测试仪器实际运行过程中，根据多参数测试仪器的实际工作模式，查找模 式切换查找表，并根据模式切换查找表选择最优控制策略进行无缝切换控制。2. 根据权利要求1所述的一种多参数测试仪器多模式宽速率无缝切换方法，其特征在 于：所述步骤（1)中的nl个速率区间分别为其中，i M为多参数测试仪器的带宽，η为多参数测试仪器的线数，k 为细分倍数。3. 根据权利要求1或2所述的一种多参数测试仪器多模式宽速率无缝切换方法，其特 征在于：所述步骤（2)中的控制率为滑膜控制率。
【专利摘要】一种多参数测试仪器多模式宽速率无缝切换方法，步骤为：(1)将多参数测试仪器的速率范围进行等分，将工作方式与等分得到的速率区间进行任意组合，得到可能的工作模式；(2)建立控制策略库，控制策略库由控制策略构成；(3)建立多参数测试仪器的模型，对于各种工作模式采用计算机仿真的方式，查找到能够满足要求的工作模式与控制策略的组合写入准模式切换查找表；(4)利用多参数测试仪器对准模式切换表进行实际验证，得到模式切换查找表；(5)在多参数测试仪器实际运行过程中，根据模式切换查找表选择最优控制策略进行无缝切换控制。本发明方法可以使得多参数测试仪器的切换过程精细、快速、准确，使切换过程无缝衔接。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN105182793
【申请号】CN201510493257
【发明人】张高阳, 钟正虎, 李亮, 王健美, 刘军, 王胜利, 董艳国
【申请人】北京航天控制仪器研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月12日