CN108039982B - 一种基于网口的dsp平台控制***带宽测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，属于自动控制***带宽测量领域，解决了时域方法对***带宽的测量不够准确，频域方法或***较大、造价高或受输出条件制约导致信号失真法的问题，该方法利用DSP产生正弦扫频激励信号，通过网口将控制信号输出至上位机的方法实现控制***带宽测量。用于扫频的正弦激励信号由DSP产生，无须预留接口连接体积较大的动态信号分析仪；扫频激励信号、控制信号和扫频频率值由网口输出，保证高频扫频时信号无失真；基于网口的上位机将接收数据按既定格式输出，方便比较输出输出信号幅值差和相位差，***带宽对应频率点一目了然。
Description
技术领域
本发明属于自动控制***带宽测量领域，涉及DSP平台控制***中基于网口的***带宽测量方法。
背景技术
当随动稳定平台中控制***对信号的响应速度要求较高时，需要为控制***设计较高的带宽。
以DSP为主控芯片的控制***可以通过频率响应或阶跃响应的方法确定***带宽。通常阶跃响应只能通过经验公式估算带宽值，对于被控对象有谐振的情况此方法不能准确的确定谐振频率点是否在工作带宽内，正常工作时控制***有产生震荡的风险。依靠动态信号分析仪可以很方便的完成***频率响应测试，只需要根据***输入输出信号幅值的值域设定动态信号分析仪参数即可，但前提是平台留有信号输入输出接口，来保证控制***与动态信号分析仪连接。由DSP完成扫频激励信号产生，通过串口输出扫频数据，采用matlab绘图方式分析幅值和相位与激励信号之差可以得到***控制带宽，该方法连接简单、实现方便，但扫频数据输出速率受串口波特率制约，当扫频频率较高时输出控制信号失真，不能正确测量***带宽值。
上述***带宽确定方法中，时域方法对***带宽的测量不够准确，频域方法或***较大、造价高或受输出条件制约导致信号失真。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，用于实现控制***带宽的测量，网口高传输速率能避免信号失真，保证了***带宽测量的准确性，实践结果表明该方法测量***带宽具有连接简单、实现方便的特性。
本发明的技术解决方案是：一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，该方法包括下述内容：
(1)DSP生成激励信号
DSP产生扫频激励信号，激励信号为正弦激励信号；
(2)控制***按照激励信号扫频
控制***按照输入激励信号计算电机控制信号，简称控制信号，控制信号带动负载跟踪激励信号进行正弦扫频运动，扫频过程中按周期记录激励信号、控制信号和扫频频率，并将三者作为扫频数据封装；
(3)扫频数据通过网口输出
以激励信号作为指令值，控制信号作为响应值，按照指令值，响应值和频率的先后顺序组织成为网口数据帧，网口数据帧按照DSP计算周期发送至上位机；
(4)上位机接收并解算扫频数据
上位机发送扫频控制命令和数据，接收扫频数据，并根据既定协议完成数据解算，按列向量格式保存形成数据文件；
(5)扫频数据分析
将数据文件导入matlab中绘制扫频数据三条曲线，当响应值衰减至命令值的0.707倍时，对应的频率值作为带宽频率ωHz。
优选地，上述的一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，其特征在于，根据控制***设计带宽确定DSP计算频率，计算频率为控制***设计带宽的10倍。
优选地，上述的一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，其特征在于，依据公式：ControlData＝Asin(2πft)生成正弦激励信号并计算出控制信号，其中ControlData为控制信号，A为激励信号幅值，f为扫频正弦信号频率，t为DSP计算周期。
优选地，上述的一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，其特征在于，激励信号幅值A、扫频起始频率值fstart、扫频结束频率值fstop和扫频变化步长Δf均由上位机设定并发送至DSP。
优选地，上述的一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，其特征在于，扫频过程中每个频率点进行p次正弦频率响应测试。
优选地，上述的一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，其特征在于，激励信号幅值A、扫频起始频率值fstart、扫频结束频率值fstop和扫频变化步长Δf即为上位机发送的数据，同时上位机发送扫频开始、扫频结束的扫频控制命令。
优选地，上述的一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，其特征在于，按列向量格式保存形成数据文件：指令值为第一列、响应值为第二列和频率值为第三列。
该方法利用DSP产生正弦扫频激励信号，通过网口将控制信号输出至上位机的方法实现控制***带宽测量，其特点在于，用于扫频的正弦激励信号由DSP产生，无须预留接口连接体积较大的动态信号分析仪；扫频激励信号、控制信号和扫频频率值由网口输出，保证高频扫频时信号无失真；基于网口的上位机将接收数据按既定格式输出，方便比较输出输出信号幅值差和相位差，***带宽对应频率点一目了然。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)采用DSP独立生成激励信号，节省了仪器器材的使用，减小了实验***规模。
2)使用网口完成数据传输，避免了串口波特率低的缺陷，数据高速传输保证扫频过程中输出信号不失真。
3)扫频信号幅值和频率可通过上位机软件调整，使实验***能根据实际控制***制定扫频方案，具有较强的通用性。
附图说明
图1是一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法的***组成。
图2是激励信号生成流程图。
图3是DSP中网络数据帧组成图。
图4是上位机软件数据处理和保存流程图。
具体实施方式
下面对本发明进一步详细地描述。
一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，该方法包括下述步骤：
(1)DSP生成正弦激励信号
根据控制***设计带宽和香浓采样定理确定DSP计算频率，一般认为计算频率为设计带宽10倍时能够保证扫频结果准确。依据公式：ControlData＝Asin(2πft)生成正弦激励信号并计算出控制信号，其中ControlData为控制信号，A为激励信号幅值，f为扫频正弦信号频率，t为DSP计算周期，A、fstart起始频率值、fstop结束频率值和变化步长Δf均由上位机设定并发送至DSP，扫频过程中每个频率点进行p次正弦频率响应测试；扫频过程中每个频率点进行多次正弦频率响应测试。
(2)控制***按照激励信号扫频
控制***按照输入激励信号计算电机控制信号，控制信号带动负载跟踪激励信号进行正弦扫频运动，扫频过程中按周期记录激励信号、控制信号和扫频频率，并将三者作为扫频数据封装；
(3)扫频数据通过网口输出
以激励信号作为指令值，控制信号作为响应值，按照指令值，响应值和频率的先后顺序组织成为网口数据帧，网口数据帧按照DSP计算周期发送至上位机；
(4)上位机接收并解算扫频数据
上位机基于MFC采用CSocket类完成，使用UDP协议中SendTo函数发送控制命令和数据，OnReceive函数接收扫频数据，并根据既定协议完成数据解算，按列向量格式保存至文件；
(5)扫频数据分析
将数据文件导入matlab中绘制扫频数据三条曲线，当响应值衰减至命令值的0.707倍时，对应的频率值作为带宽频率ωHz。
还具有如下内容：
(1)应用该方法的***由三部分组成：上位机、DSP和被测设备。其中，上位计算机负责接收扫频和解算扫频数据，并将数据按照指定格式写入文件；DSP控制***负责产生扫频激励信号，并根据激励信号计算电机控制信号驱动电机，同时组织扫频数据发送至上位计算机；被测设备接收电机控制信号，并按照控制信号跟踪激励信号，完成扫频动作。***组成如图1所示；
(2)激励信号的生成过程如图2所示，利用f和Δf计算出激励信号当前频率fc，利用fc计算正弦激励信号周期T0，当T0发生变化时令N＝0，M＝0，T＝Nt，其中N为DSP计算周期数，每次计算加1，MS为频率响应次数，每个正弦周期加1，即当T＝T0时M加1当M＝p时fc＝fc+Δf，实现每p个正弦周期变频率的频率响应信号；
(3)将扫频数据中的扫频指令值Ac、响应值Ab和频率值F按照保留精度要求分别乘以标度值10x，依次写入网口发送缓存数组SendData[m]，按照DSP计算周期通过网口发送至上位机，数据帧组成格式如图3所示；
(4)上位机软件接收和解算扫频数据流程如图4所示，具体实现方法为：上位机软件基于UDP协议，使用套接字(Socket)中SendTo()函数发送开始扫频命令，并发送A、f和Δf，同时使用Socket中OnReceive()函数接受网络数据，将网络数据解包得到频指令值、响应值和频率值，分别处以标度值10x得到Ac、Ab和F，使用CFile类中Write()函数按列向量将数据按列写入数据文件ScanData.txt中，其中Ac为第一列，Ab为第二列，F为第三列。
(5)将ScanData.txt文件导入matlab中，绘制扫频数据三条曲线，观察Ab＝0.707×Ac时频率值记为Fω即为控制***带宽值。
Claims (3)
1.一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，其特征在于，该方法包括下述内容：
(1)DSP生成激励信号
DSP产生扫频激励信号，激励信号为正弦激励信号；根据控制***设计带宽确定DSP计算频率，计算频率为控制***设计带宽的10倍；
ControlData＝Asin(2πft)生成正弦激励信号并计算出控制信号，其中ControlData为控制信号，A为激励信号幅值，f为扫频正弦信号频率，t为DSP计算周期；
激励信号幅值A、扫频起始频率值fstart、扫频结束频率值fstop和扫频变化步长Δf均由上位机设定并发送至DSP；
扫频过程中每个频率点进行p次正弦频率响应测试；扫频激励信号、控制信号和扫频频率值由网口输出；
通过网口将控制信号输出至上位机；
(2)控制***按照激励信号扫频
控制***按照输入激励信号计算电机控制信号，简称控制信号，控制信号带动负载跟踪激励信号进行正弦扫频运动，扫频过程中按周期记录激励信号、控制信号和扫频频率，并将三者作为扫频数据封装；
(3)扫频数据通过网口输出
以激励信号作为指令值，控制信号作为响应值，按照指令值，响应值和频率的先后顺序组织成为网口数据帧，网口数据帧按照DSP计算周期发送至上位机；
(4)上位机接收并解算扫频数据
上位机发送扫频控制命令和数据，接收扫频数据，并根据既定协议完成数据解算，按列向量格式保存形成数据文件；基于网口的上位机将接收数据按既定格式输出；
(5)扫频数据分析
将数据文件导入matlab中绘制扫频数据三条曲线，当响应值衰减至命令值的0.707倍时，对应的频率值作为带宽频率ωHz。
2.根据权利要求1所述的一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，其特征在于，激励信号幅值A、扫频起始频率值fstart、扫频结束频率值fstop和扫频变化步长Δf即为上位机发送的数据，同时上位机发送扫频开始、扫频结束的扫频控制命令。
3.根据权利要求1所述的一种基于网口的DSP平台控制***带宽测量方法，其特征在于，按列向量格式保存形成数据文件：指令值为第一列、响应值为第二列和频率值为第三列。
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