[发明专利]一种快捷的频率特性测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制测试领域，具体涉及一种快捷的频率特性测试系统。

背景技术

在控制系统中，首先需要对未知控制对象进行频率特性测试以获取系统的传递函数。得到控制系统准确的传递函数是进行基于频率特性的控制系统设计的基础，因此频率特性测试在工程应用有着重要的作用。因为待测对象的多样性，针对不同的对象，需要采用不同的测试信号和测试方法。目前测试频率特性的方式包括以下几种：

(1)第一种：采用动态分析仪进行频率特性测试，种类繁多，价格不菲，并且计算和分析能力有限，无法进行处理算法的迭代更新。

(2)第二种：基于事后数据处理的频率特性测试方法。采用FFT变换等处理方式获得频率特性，这类方法的原理是，通过获取选取单一的频率测试信号，获得响应数据后，再用Matlab进行处理进而获取频率特性，这类方法的不足在于频率特性测试信号和Matlab处理算法单一，并且操作步骤繁杂，通过手动方式获取数据的方式，并依赖具体的待测系统。

(3)第三种：基于采用虚拟仪器进行频率特性测试

专利CN201410756737阐述了一种基于虚拟仪器的频率特性测试系统，该系统基于单片机和DDS信号发生器、I/0解调器等。该系统的扫频信号由DDS信号发生器产生，只产生了Asin和Acos信号，这种方式的扫频信号不可配置，无法满足Asin信号测试结果不理想的情况。

(4)第四种：采用信号发生器和示波器来实现，通过手动或程控方式按照频率逐点测试，该方法简单易行，但是无法准确的获得相频特性

发明内容

针对上面系统频率特性测试方法的不足，本发明提出一种快速、简捷、能针对不同的控制对象的频率特性测试方法。本发明不需要繁杂的操作，在完成了频率特性需要的相关参数设置后只需要在上位机软件上点击一个开始按钮，即可在上位机显示界面上得到Matlab的频率特性测试结果，结果包括波特图以及根据波特图拟合的数学公式和传递函数。

本发明采用的技术方案为：一种快捷的频率特性测试系统，其包含上位机软件系统和带实时处理系统的下位机硬件平台，其中上位机软件系统包含界面操作软件和Matlab数学处理软件以及针对不同测试信号的算法处理库；下位机频率测试系统由带实时操作系统的高速硬件平台以及测试信号配置文件组成，其特征在于：上位机软件系统功能在于：(1)上位机软件系统完成频率特性测试的参数设置，包括频率特性测试方式、测试信号、幅值、信号测试周期相关设置；(2)上位机软件系统完成从下位机自动下载测试数据功能、并调用Matlab对数据进行处理，Matlab会根据频率特性测试方式和频率特性测试信号匹配相应的处理算法，整个过程在完成参数设置点击开始按钮后自动完成；带实时处理系统的下位机硬件平台的功能在于：(1)根据上位机的设置以及测试信号算法库产生测试信号；(2)实时发送测试信号并接收频率特性测试的结果；下位机硬件平台要具有高速的信号处理能力以及高采集频率；同时，上位机软件系统的上位机和带实时处理系统的下位机硬件平台的下位机要具有网络或者串口通信功能，上位机能够通过FTP或者其他方式获取到下位机的测试结果。

其中，上位机软件系统具备参数可配置、FTP自动下载和Matlab自动调用处理功能，其包括的界面软件可由不同的程序语言和平台完成。

其中，带实时处理系统的下位机硬件平台为由vxworks和PowrPC组成，由vxworls和嵌入式实时平台组成，或者由FPGA高速处理系统组成。

其中，上位机和下位机之间具备通信功能，通信的方式可由FTP网络通信或者串口通信完成。

进一步的，本发明的具体结构组成如下：

本发明的具体组成由图1所示，分别由上位机软件模块和带实时操作系统的下位机系统组成。其软件部分包括界面软件模块和Matlab软件模块。界面模块需完成的功能如下：

(1)完成配置命令的设置和发送，包括采样频率、扫频信号类型、扫频周期、扫频幅值、文件获取等频率特性测试相关参数的命令设置和发送；

(2)具备自动调用Matlab的功能并能够显示Matlab回传的处理结果；

(3)具备显示功能，能够显示Matlab处理数据得到的波特图以及拟合得到的数学公式和传递函数；

(4)具备显示功能和FTP网络功能或串口等常用通信功能；

(5)Matlab模块根据界面模块设置的参数自动匹配需要采用的数学处理算法，采用成熟的数学处理算法能够保证结果的正确性。