[发明专利]一种针对雷达天线伺服系统的快速仿真分析方法

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体是一种针对雷达天线伺服系统的快速仿真分析方法，并引入模型参数同步机制，实现设计模型与键合图模型的无缝连接，从而克服了设计模型对复杂模型难以求解且无法得到数学模型，以及键合图模型建模效率低等缺点，提高了仿真分析的速度。

背景技术

天线伺服系统的精度直接影响着天线系统的动态性能，然而，伺服系统中存在的诸多非线性因素严重制约了其精度的提高，其中，驱动部分的摩擦及传动机构中齿隙是主要因素。为了能够更加有效地提高系统精度，在前期的建模仿真过程中，就要充分地考虑到各种非线性因素的存在，这也会导致系统的模型过于复杂，如何高效地建立复杂系统模型，并实现快速仿真分析显得尤为重要。

目前国内外对包含摩擦齿隙等非线性因素的复杂系统的建模仿真方法主要有以下几种：

(1)数学建模仿真，常用软件是Matlab，按照系统模型的数学表达式进行直接建模，然后仿真，是简单系统普遍采用的建模仿真方法，可以实现对简单系统的快速建模仿真。如Gawronski W等在2000年发表于《IEEEAntennas and Propagation Magazine》的论文“Torque-bias profile for improved tracking of the deep space network antennas”中就是用此种方法。

(2)多刚体建模仿真，常用软件是ADAMS，是一种机械建模方法，针对系统中每一零件建立其对应的设计模型，对于外形复杂的实体可以借助其它三维建模软件建立并导入，通过指定构件材料属性可以自动获得模型参数，仿真分析中所有计算都是后台操作，无法得到系统数学模型。如Zhu kai等在2011年发表于《Second International Conference on Digital Manufacturing & Automation》的论文“On Modeling and the Interface Technology of the Reduction device Based on Pro/E and ADAMS”中就是用此种方法。

(3)键合图法建模仿真，常用软件是20sim，是一种简化建模方法，根据系统实际结构，将其简化为各等效模块，分别建立每一模块键合图模型，需手动提取并输入模型参数，可由系统键合图模型方便地得到系统数学模型，仿真过程计算量小，速度较快。如唐进元等在2011年发表于《机械工程学报》的论文“考虑间隙与摩擦时的齿轮传动动力学键合图建模研究”中就是用此种方法。

然而现有的建模仿真方法分别存在以下不足：

1.数学建模仿真：对于不包含非线性环节或者非线性环节较少的简单系统，数学方法可以准确高效地建模并快速仿真分析，但对于包含多种非线性因素的复杂系统，需要逐级建立各部分数学模型，再联立仿真，仿真速度也会明显下降；

2.多刚体建模仿真：这种建模方法得到的是系统的设计模型，系统中的一个实体对应多刚体模型中的一个刚体，还可以借助其它三维建模软件建模，可以实现模型参数的自动计算，建模效率高。然而，这种一一对应的建模方法使得系统结构过于复杂，仿真过程中所要处理的方程阶次过高，从而导致仿真分析速度过慢，又因为无法获得系统数学模型，导致建模的正确性无从验证。

键合图建模仿真：相对于多刚体一一对应的建模方法，这种简化的组合建模方法，会明显降低系统方程的阶次，使得仿真过程中系统的计算量减少，仿真速度有很大提升，并可以通过得到的系统数学模型，方便地验证建模的正确性。但是，在键合图建模过程中模型的参数无法直接获得，需要逐个提取并赋值，这也导致了键合图建模效率较低。

综上所述，针对包含非线性环节的复杂天线伺服时系统，现有建模仿真方法在建模、仿真以及模型的验证方面分别存在各自的不足。

发明内容

本发明的目的在于结合上述现有技术的优点，避免上述现有技术的不足，提供一种针对雷达天线伺服系统的快速仿真分析方法，包括如下步骤：

(1)进行键合图参数化建模，按照驱动电机、传动机构和反射面体的建模顺序，依次建立其键合图模块，利用键连接各键合图模块形成天线伺服系统的键合图模型；

(2)进行虚拟样机多刚体建模，基于系统中每一实体对应多刚体模型中一个刚体的建模理论，依次建立各环节零件刚体模型，并参照键合图模块，对相应刚体进行组合，得到系统设计模型；

(3)引入参数同步机制，通过设计模型导出的包含模型参数的.adm信息文件实现设计模型参数向键合图模型的同步传递；