專(zhuān)利名稱(chēng)：一種天線控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高集成化高精度天線控制裝置，屬于天線伺服系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，適用于無(wú)線電遙測(cè)系統(tǒng)中，高性能、高集成度、高精度天線伺服系統(tǒng)的控制。
技術(shù)背景[0002]天線伺服系統(tǒng)是遙測(cè)系統(tǒng)中重要的組成部分，其主要作用是當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入視線范圍內(nèi)時(shí)，使接收天線自動(dòng)搜索并捕獲目標(biāo)，以一定的跟蹤精度連續(xù)跟蹤目標(biāo)，使目標(biāo)始終處于主波束的中心線附近，從而以最大接收增益可靠地連續(xù)接收遙測(cè)信號(hào)。特別是當(dāng)出現(xiàn)故障，目標(biāo)偏離預(yù)定飛行軌道時(shí)，天線伺服系統(tǒng)能在較大空域范圍內(nèi)搜索捕獲目標(biāo)并進(jìn)行跟蹤，獲得重要的遙測(cè)數(shù)據(jù)以判斷故障。目前常見(jiàn)的天線伺服控制系統(tǒng)在完成環(huán)路閉環(huán)控制時(shí)大多采用旋轉(zhuǎn)變壓器量測(cè)天線角位置。旋轉(zhuǎn)變壓器作為一種模擬式傳感器，需要專(zhuān)用解碼芯片獲得數(shù)字量信息，為提高角位置量測(cè)精度需要對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的粗極精極分別解碼，然后完成粗精組合糾錯(cuò)控制以獲得天線角位置信息。對(duì)于現(xiàn)有的方位-俯仰型天線，方位俯仰軸上需要分別安裝旋轉(zhuǎn)變壓器，這樣構(gòu)成天線伺服系統(tǒng)環(huán)路閉環(huán)控制需要有四個(gè)角度解碼芯片，并且解碼芯片外圍電路復(fù)雜，這使得整個(gè)天線伺服控制系統(tǒng)控制卡較冗余集成度低，且最終得到的角位置量測(cè)值精度較低。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)跟蹤天線伺服系統(tǒng)提出了更高的指標(biāo)要求一較高的跟蹤精度，良好的快速性，較好的低速平穩(wěn)性。然而由于齒隙等非線性因素的存在對(duì)這些指標(biāo)的提高產(chǎn)生了重大影響。齒隙非線性是由于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪輪齒之間存在的間隙而導(dǎo)致的非線性位置誤差。這種齒隙空回不僅影響到跟蹤精度，并且它的存在影響伺服系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，因此需采用各種方法補(bǔ)償或消除空回。補(bǔ)償或是消除空回常用的辦法是采用機(jī)械消隙。在機(jī)械傳動(dòng)鏈中，用雙層齒輪的辦法只要彈簧的變形力矩選擇合適，幾乎能夠消除傳動(dòng)鏈的全部齒隙，但這種方法不能適用于大的動(dòng)力傳動(dòng)。其他的機(jī)械消隙辦法，例如預(yù)先在系統(tǒng)上加平衡錘或彈簧，也能消除空回，但這些方法加重了機(jī)械設(shè)備部分的復(fù)雜性，同時(shí)消隙也不可靠。光電編碼器在量測(cè)角位置時(shí)具有體積小、精度高、工作可靠、接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)，適用于天線伺服控制系統(tǒng)。雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以完全消除齒隙的影響，因此在一些控制要求較高的領(lǐng)域，采用雙電機(jī)或多電機(jī)驅(qū)動(dòng)成為消除齒隙非線性的有效手段，在工程上有著廣泛的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)解決問(wèn)題是解決克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高集成化高精度天線控制裝置，實(shí)現(xiàn)天線伺服系統(tǒng)的高精度控制，同時(shí)又使得天線控制器的集成度大大提聞。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種天線控制裝置，包括上位機(jī)、天線控制器、天線驅(qū)動(dòng)器和天線座；[0007]天線座內(nèi)安裝方位光電編碼器、俯仰光電編碼器、方位電機(jī)和俯仰電機(jī)；方位電機(jī)和俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)動(dòng)，方位光電編碼器和俯仰光電編碼器量測(cè)天線實(shí)時(shí)角；天線控制器與上位機(jī)之間通過(guò)網(wǎng)線連接，天線控制器通過(guò)A/D接口連接接收機(jī)；方位光電編碼器和俯仰光電編碼器分別通過(guò)422串口連接天線控制器；天線控制器與天線驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)導(dǎo)線或者422串口傳輸控制指令和狀態(tài)反饋；天線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方位電機(jī)和俯仰電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；天線控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口接收上位機(jī)的指令設(shè)定天線的工作模式為位置環(huán)路控制或者跟蹤環(huán)路控制；位置環(huán)路控制時(shí)，上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口將控制指令，即天線指令角發(fā)送至天線控制器，方位光電編碼器和俯仰光電編碼器量測(cè)的天線實(shí)時(shí)角位置通過(guò)422串口傳輸至天線控制器，天線控制器根據(jù)天線指令角和天線實(shí)時(shí)角生成位置環(huán)控制信號(hào)，并將位置環(huán)控制信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換為模擬量與控制PWM驅(qū)動(dòng)器上電或斷電信號(hào)一起送至天線驅(qū)動(dòng)器，天線驅(qū)動(dòng)器通過(guò)控制方位電機(jī)和俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)天線座運(yùn)行，直至運(yùn)行到天線指令角的位置；跟蹤環(huán)路控制時(shí)，天線控制器從接收機(jī)采樣得到角誤差信息和AGC信號(hào)，根據(jù)角誤差信息和AGC信號(hào)驅(qū)動(dòng)天線驅(qū)動(dòng)器控制方位電機(jī)和俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)天線跟蹤目標(biāo)，直至接收機(jī)信號(hào)失鎖。所述的天線控制器主要包括通信模塊、DSP模塊、FPGA模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、開(kāi)關(guān)量采集模塊、電源模塊；所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊包括模擬信號(hào)調(diào)理電路、多路選擇器、A/D轉(zhuǎn)換芯片和D類(lèi)鎖存器；電源模塊為天線控制器內(nèi)其他所有模塊供電；接收機(jī)的輸出連接模擬信號(hào)調(diào)理電路，模擬信號(hào)調(diào)理電路的輸出作為多路選擇器的輸入，多路選擇器的輸出接入A/D轉(zhuǎn)換芯片，A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸出經(jīng)D類(lèi)鎖存器接入FPGA模塊；開(kāi)關(guān)量采集模塊的輸出接FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊與DSP模塊之間信息交互，F(xiàn)PGA模塊通過(guò)通信模塊與外界通信，通過(guò)D類(lèi)鎖存器、D/A轉(zhuǎn)換模塊與天線驅(qū)動(dòng)器連接；接收機(jī)將角誤差信號(hào)和AGC信號(hào)輸出至模擬信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行濾波；多路選擇器從模擬信號(hào)調(diào)理電路的輸出中選擇一路模擬信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換芯片，由A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并將得到數(shù)字化的信`號(hào)通過(guò)D類(lèi)鎖存器送至FPGA模塊，由FPGA模塊傳輸至DSP模塊；DSP模塊根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的工作模式和控制指令或者根據(jù)FPGA傳輸?shù)臄?shù)字化信號(hào)生成相應(yīng)的控制信號(hào)，將生成控制信號(hào)以及天線工作狀態(tài)傳輸至FPGA模塊，由FPGA模塊通過(guò)通信模塊將天線工作狀態(tài)上報(bào)至上位機(jī)；D/A轉(zhuǎn)換模塊將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)送至天線驅(qū)動(dòng)器。所述的通信模塊包括與光電編碼器通信的422串口、與PWM驅(qū)動(dòng)器通信的422串口和與上位機(jī)通信的網(wǎng)絡(luò)接口 RCM4200板卡。所述本實(shí)用新型的原理本實(shí)用新型高集成化高精度天線控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)、天線控制器、天線驅(qū)動(dòng)器和天線座。天線伺服系統(tǒng)工作過(guò)程中，天線控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口接收上位機(jī)設(shè)定的天線工作模式進(jìn)行環(huán)路閉環(huán)控制，主要包括兩種環(huán)路控制方式位置環(huán)路控制、跟蹤環(huán)路控制。位置環(huán)路控制主要用于手動(dòng)、程控、數(shù)據(jù)引導(dǎo)工作模式下，跟蹤環(huán)路控制主要用于自動(dòng)跟蹤、綜合跟蹤工作模式下。位置環(huán)路控制是通過(guò)422串口接收光電編碼器量測(cè)的天線實(shí)時(shí)角位置，計(jì)算出上位機(jī)給定的天線指令角和天線實(shí)時(shí)角之間的角誤差進(jìn)行PID運(yùn)算，PID運(yùn)算得到的位置環(huán)控制信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換為模擬量與控制PWM驅(qū)動(dòng)器上電或斷電信號(hào)一起送至PWM驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)行，直至運(yùn)行到指令角的位置。跟蹤環(huán)路控制是將A/D模塊采樣得到的接收機(jī)信息作為角誤差進(jìn)行PID運(yùn)算，天線控制器根據(jù)接收機(jī)檢測(cè)到的角誤差信息驅(qū)動(dòng)天線跟蹤目標(biāo)，直至接收機(jī)信號(hào)失鎖、接收機(jī)AGC電壓值低于門(mén)限或工作模式切換。天線控制器中可以根據(jù)光電編碼器的脈沖信號(hào)得到天線的實(shí)時(shí)角速度信息，與光電編碼器輸出的角位置信息一起構(gòu)成復(fù)合控制算法提高天線位置環(huán)路的控制精度。PWM驅(qū)動(dòng)器接收天線控制器輸出的位置環(huán)路控制模擬信號(hào)和上電斷電指令實(shí)現(xiàn)高精度速度環(huán)路、電流環(huán)路閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)行，并且引入了智能消隙控制模塊，提高控制精度。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為(I)本實(shí)用新型采用DSP和FPGA結(jié)合，滿(mǎn)足了天線跟蹤精度，數(shù)據(jù)處理能力較高，滿(mǎn)足復(fù)雜控制算法的實(shí)時(shí)性要求，使得天線控制器(3)的集成度大大提高，適用于要求高集成度的遙測(cè)系統(tǒng)中。(2)本實(shí)用新型將DSP模塊、FPGA模塊、A/D模塊、D/A模塊、角度采集、網(wǎng)絡(luò)接口RCM4200板卡集成在一塊智能控制卡上，實(shí)現(xiàn)了天線控制器(3)的高度集成化設(shè)計(jì)，減小了伺服控制系統(tǒng)的體積重量，應(yīng)用方便，又能滿(mǎn)足天線跟蹤精度，使得天線控制器的集成度大大提高，適用于要求高集成度的遙測(cè)系統(tǒng)中。
(3)本實(shí)用新型通過(guò)光電編碼器采集角位置信息，光電編碼器有21位分辨率，可以獲得很高精度的天線角位置角速度量測(cè)信息，便于復(fù)雜控制算法的實(shí)現(xiàn)，提高控制精度。(4)本實(shí)用新型通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)天線控制器和上位機(jī)的信息交互，大大增加了傳輸距離，可以遠(yuǎn)程控制天線。(5)本實(shí)用新型方位俯仰PWM驅(qū)動(dòng)器采用雙電機(jī)消隙控制方案，可以消除傳動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的齒隙空回，提高控制精度。
圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成框圖；圖2為本實(shí)用新型的通信鏈路組成及原理圖；圖3為本實(shí)用新型的智能控制卡⑵的組成及原理框圖；圖4為本實(shí)用新型的PWM驅(qū)動(dòng)器上電斷電電路原理框圖；圖5為本實(shí)用新型的PWM驅(qū)動(dòng)器組成及原理框圖；圖6為本實(shí)用新型的光電編碼器的組成及原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型包括上位機(jī)1、天線控制器3、天線驅(qū)動(dòng)器4和天線座7。天線控制器3主要包括智能控制卡2和機(jī)電器件12。天線驅(qū)動(dòng)器4主要包括方位PWM驅(qū)動(dòng)器5和俯仰PWM驅(qū)動(dòng)器11。天線座7內(nèi)包括方位光電編碼器9、俯仰光電編碼器8、兩個(gè)方位電機(jī)6、兩個(gè)俯仰電機(jī)10等。天線座7內(nèi)安裝方位光電編碼器9、俯仰光電編碼器8、方位電機(jī)6和俯仰電機(jī)10 ;方位電機(jī)6和俯仰電機(jī)10驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)動(dòng)，方位光電編碼器9和俯仰光電編碼器8量測(cè)天線實(shí)時(shí)角；天線控制器3與上位機(jī)I之間通過(guò)網(wǎng)線連接，天線控制器3通過(guò)A/D接口連接接收機(jī)13 ;方位光電編碼器9和俯仰光電編碼器8分別通過(guò)422串口連接天線控制器3 ;天線控制器3與天線驅(qū)動(dòng)器4之間通過(guò)導(dǎo)線或者422串口傳輸控制指令和狀態(tài)反饋；天線驅(qū)動(dòng)器4驅(qū)動(dòng)方位電機(jī)6和俯仰電機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)。上位機(jī)I的人機(jī)交互軟件界面上可以顯示天線伺服控制系統(tǒng)的各種信息，比如系統(tǒng)時(shí)間、實(shí)時(shí)角度、指令角、角誤差、天線工作模式、接收機(jī)13誤差電壓、接收機(jī)13鎖定指示；人機(jī)交互軟件也可以進(jìn)行各種控制操作，比如切換天線工作模式、狀態(tài)信息存盤(pán)和打印。人機(jī)交互軟件中軟按鍵管理工作模式按鍵和上電斷電按鍵，按鍵分為方位軸按鍵和俯仰軸按鍵，每個(gè)軸的按鍵包含自跟蹤按鍵、綜合跟蹤按鍵、等待按鍵、手動(dòng)控制按鍵、天線驅(qū)動(dòng)器4上電按鍵、天線驅(qū)動(dòng)器4斷電按鍵、程控按鍵、數(shù)引按鍵。上位機(jī)I與天線控制器3的通信通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。天線控制器3的主要功能如下通過(guò)A/D模塊采樣接收機(jī)13方位俯仰的AGC和角誤差信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口接收上位機(jī)I設(shè)定的天線工作模式，通過(guò)422串口接收光電編碼器量測(cè)的天線實(shí)時(shí)角位置，根據(jù)這些信號(hào)選擇相應(yīng)的工作模式包括手動(dòng)、自動(dòng)跟蹤、程控、數(shù)引、綜合跟蹤等、控制方式位置環(huán)路控制和跟蹤環(huán)路控制及控制算法如PID控制算法、前饋復(fù)合控制算法等生成控制量，控制天線驅(qū)動(dòng)器4上電或斷電，使天線在各種工作模式下按照控制指令運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)天線伺服系統(tǒng)的高精度控制。每個(gè)伺服周期天線控制器3讀一次角位置信息、接收機(jī)13信息、按鍵信息，按鍵信息來(lái)自上位機(jī)I人機(jī)交互軟件的軟按鍵狀態(tài)和天線控制器3前面板操控按鍵，根據(jù)按鍵信息確定天線的工作模式。機(jī)電器件12主要包括繼電器、接觸器，智能控制卡2對(duì)繼電器、接觸器進(jìn)行邏輯控制以完成方位PWM驅(qū)動(dòng)器5和俯仰PWM驅(qū)動(dòng)器11上電斷電。天線驅(qū)動(dòng)器4用于接收天線控制器3位置環(huán)路控制量，進(jìn)行速度環(huán)路、電流環(huán)路閉環(huán)運(yùn)算，完成對(duì)方位俯仰電機(jī)的PWM載波控制，驅(qū)動(dòng)天線跟蹤目標(biāo)。如圖2所示，RCM4200板卡實(shí)現(xiàn)上位機(jī)I和天線控制器3的通信。RCM4200RabbitCore核心模塊帶有10/100M以太網(wǎng)接口，RCM4200核心模塊采用58. 98MHz的Rabbit4000微處理器，板載SM字節(jié)的串行flash存儲(chǔ)器，可以作為理想的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。天線控制器3與上位機(jī)1通信時(shí)，接收數(shù)據(jù)鏈路工作過(guò)程為上位機(jī)I通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至天線控制器3的控制命令等信息被RCM4200板卡接收，經(jīng)過(guò)RCM4200內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)接收模塊后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)解包并重新進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，RCM4200對(duì)網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)處理完成后通過(guò)串口發(fā)送至FPGA，F(xiàn)PGA串行接收模塊讀取RCM4200發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)存放至內(nèi)部雙口 RAM中，DSP通過(guò)其與FPGA相連的地址線數(shù)據(jù)線讀取雙口 RAM數(shù)據(jù)；發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路工作過(guò)程為DSP將需要上報(bào)給上位機(jī)I的天線工作狀態(tài)、功放狀態(tài)等數(shù)據(jù)通過(guò)地址線數(shù)據(jù)線寫(xiě)入FPGA內(nèi)部雙口 RAM，在FPGA內(nèi)部通過(guò)邏輯實(shí)現(xiàn)串口發(fā)送模塊，將雙口 RAM中的并行數(shù)據(jù)讀出之后串行發(fā)送至RCM4200，RCM4200通過(guò)其可配置串口接收到數(shù)據(jù)之后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包通過(guò)其網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送至上位機(jī)I。所述天線控制器3主要包括智能控制卡2和機(jī)電器件12。如圖3所示，智能控制卡2主要包括通信模塊、DSP模塊、FPGA模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、開(kāi)關(guān)量采集模塊、電源模塊。通信模塊包括與光電編碼器通信的422串口模塊、與PWM驅(qū)動(dòng)器通信的422串口模塊和與上位機(jī)I通信的網(wǎng)絡(luò)接口 RCM4200板卡。422串口模塊采用通用的差分線性驅(qū)動(dòng)器SN75LBC172和接收器SN75LBC173。DSP模塊包含DSP、JTAG仿真口和時(shí)鐘電路，選用的DSP器件是TI公司的TMS320F2812。DSP模塊根據(jù)上位機(jī)I發(fā)送的工作模式和控制指令完成相應(yīng)的控制算法，并上報(bào)天線工 作狀態(tài)。FPGA模塊包括FPGA芯片和與FPGA芯片連接的配置芯片，F(xiàn)PGA芯片選用EP2C20F256I8N，F(xiàn)PGA配置芯片為EPCS4SI8。A/D轉(zhuǎn)換模塊包括模擬信號(hào)調(diào)理電路、多路選擇器、A/D轉(zhuǎn)換芯片；模擬信號(hào)調(diào)理電路將接收到的天線接收機(jī)13角誤差電壓和AGC電壓進(jìn)行濾波，通過(guò)多路選擇器選擇一路模擬信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字化的接收機(jī)13信號(hào)送至FPGA芯片；通過(guò)16選I的多路選擇芯片DG406與接收機(jī)13信號(hào)相連，F(xiàn)PGA芯片控制DG406芯片的AO A3管腳可以實(shí)現(xiàn)任意一路模擬信號(hào)的選擇。A/D轉(zhuǎn)換電路選用的器件為AD1674，該芯片具有12位精度、IOus的采樣速率，可以支持±5V、±10V、0 10V、0 20V的電壓輸入范圍。D/A轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將DSP模塊輸出的位置環(huán)路數(shù)字量控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)送至天線驅(qū)動(dòng)器4。使用兩片AD767分別完成方位和俯仰位置環(huán)路數(shù)字量控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊與FPGA模塊的數(shù)據(jù)交互通過(guò)D類(lèi)鎖存器SN74LVTH16373實(shí)現(xiàn)。電源模塊為整個(gè)智能控制卡2供電，輸入為24V、±18. 5V、8. 5V、± 12VAC，可以通過(guò)電源轉(zhuǎn)換芯片LM2940-5、LM2940-12、LM2990-12、CW7812 轉(zhuǎn)換為 +5V、± 12V、± 12VISO 五種電源。其中 +5V 電源通過(guò)TPS73HD318芯片轉(zhuǎn)換為1. 8V、3. 3V電源為DSP模塊供電，并通過(guò)兩片PTH04070WAD芯片分別轉(zhuǎn)換為1. 2V、3. 3V電源為FPGA模塊供電。電源模塊還為A/D轉(zhuǎn)換模塊提供5V、土 12V電源，為D/A轉(zhuǎn)換模塊提供±12V電源，為制動(dòng)器的繼電器提供24V電源、為機(jī)電器件12提供18. 5V、±12VISO電源、為天線座7內(nèi)部限速限位開(kāi)關(guān)提供±12VISO電源。開(kāi)關(guān)量采集模塊采集驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)信號(hào)以及天線座內(nèi)部的限速限位信號(hào)并發(fā)送至FPGA芯片 ，由FPGA芯片通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口模塊發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行顯示。圖4給出了數(shù)字處理器的I/O 口輸出的上電或斷電信號(hào)如何控制PWM驅(qū)動(dòng)器上電或斷電的電路圖。光藕和小功率繼電器Kl為智能控制卡2上的電路，K2和K3直接安裝在天線控制器3機(jī)箱里面。PON為數(shù)字處理器輸出的上電或斷電信號(hào)，上電時(shí)，PON輸出高電平，光藕導(dǎo)通，小繼電器Kl的線包吸合，則Kl的5點(diǎn)和8點(diǎn)閉合、12點(diǎn)和9點(diǎn)閉合。大功率繼電器K2的14點(diǎn)為+18. 5V，繼電器K2的線包吸合，K2的9點(diǎn)和5點(diǎn)閉合、12點(diǎn)和8點(diǎn)閉合，因此直流接觸器K3的Al+為+18. 5V，K3的線包吸合，則K3的22點(diǎn)和21點(diǎn)斷開(kāi)、14點(diǎn)和13點(diǎn)閉合、4點(diǎn)和3點(diǎn)閉合、2點(diǎn)和I點(diǎn)閉合。直流接觸器K3的4點(diǎn)和PWM驅(qū)動(dòng)器的火線輸入端相連，直流接觸器K3的2點(diǎn)和PWM驅(qū)動(dòng)器的零線輸入端相連。上電自鎖信號(hào)KAON為+12V ，交流220V的火線和PWM驅(qū)動(dòng)器的火線輸入端導(dǎo)通，交流220V的零線和PWM驅(qū)動(dòng)器的零線輸入端導(dǎo)通。根據(jù)上面的分析，如果數(shù)字處理器送出PON為高，KAON與+12V *短接，斷電自鎖信號(hào)KAOFF與+12V *斷開(kāi)。智能控制卡2的數(shù)字處理器根據(jù)輸入的KAON-1N和KAOFF-1N信號(hào)，和上電或斷電按鍵開(kāi)關(guān)的鍵值，決定輸出的PON為高電平還是低電平。圖4給出的是其中一個(gè)支路的上電或斷電電路圖，實(shí)際上，有兩套這樣的電路，方位之路和俯仰之路的上電或斷電電路完全獨(dú)立。如圖5給出了一路PWM驅(qū)動(dòng)器工作原理框圖。PWM驅(qū)動(dòng)器接收天線控制器3輸出的位置環(huán)路控制模擬信號(hào)及旋轉(zhuǎn)變壓器的實(shí)時(shí)角速度信號(hào)實(shí)現(xiàn)高精度速度環(huán)路閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)行。PWM驅(qū)動(dòng)器采用MAX2B10X型PWM雙電機(jī)消隙驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器由速度環(huán)PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)高精度速度閉環(huán)控制，速度外環(huán)具有很高的伺服精度。該P(yáng)WM驅(qū)動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)全方位的自我保護(hù)，如電壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、超載報(bào)警、超差報(bào)警、上下限位到限保護(hù)等。功率器件的保護(hù)不僅依賴(lài)硬件保護(hù)電路，而且受故障處理器的監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)硬件保護(hù)電路或監(jiān)控參數(shù)有問(wèn)題，就可以報(bào)警或停機(jī)。另外，通過(guò)遠(yuǎn)控接口和串行通信端口(RS422)，可以向上位機(jī)I通報(bào)系統(tǒng)狀態(tài)，查詢(xún)和修改系統(tǒng)控制參數(shù)。PWM驅(qū)動(dòng)器兩臺(tái)直流伺服電機(jī)分別由兩個(gè)相互獨(dú)立的電流環(huán)驅(qū)動(dòng)而共用一個(gè)速度環(huán)。引入電流環(huán)的目的是用輸入給定電壓控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。雙電機(jī)消隙控制要求電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與輸入給定電壓之間保持嚴(yán)格的線性關(guān)系，不受其它因素的影響。電流閉環(huán)控制能使輸入給定電壓與電機(jī)電流保持良好的線性關(guān)系，精確地控制電機(jī)電流，則可以精確控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。本實(shí)用新型采用MJX190K75絕對(duì)是光電編碼器測(cè)量角位置，其組成原理框圖如圖6所示，主要包括光電碼盤(pán)、光電接收管、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)處理器、存儲(chǔ)器和RS422通信接口電路。該編碼器屬于高精度的空心軸編碼器，該編碼器的碼盤(pán)刻劃分為粗碼、中精碼和精碼。精碼經(jīng)過(guò)細(xì)分與粗碼結(jié)合達(dá)到21位分辨率。光電編碼器輸出的原始信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大后進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)處理器接讀入各路數(shù)據(jù)后首先進(jìn)行精碼細(xì)分運(yùn)算，將精碼細(xì)分為21位，然后把粗碼由格雷碼轉(zhuǎn)換為自然二進(jìn)制代碼，再用精碼對(duì)粗碼進(jìn)行校正，最后形成21位編碼，運(yùn)算完成后通過(guò)422通訊接口上報(bào)至智能控制卡2。同時(shí)該編碼器還輸出脈沖編碼信號(hào)進(jìn)入智能控制卡2，可以在智能控制卡2中進(jìn)行Μ/T測(cè)速運(yùn)算，得到實(shí)時(shí)角速度信息。本實(shí)用新型作為天線伺服系統(tǒng)數(shù)字控制裝置的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了天線控制器3的高度集成化設(shè)計(jì)，提高了伺服系統(tǒng)控制精度。
權(quán)利要求1.一種天線控制裝置，其特征在于包括上位機(jī)(I)、天線控制器(3)、天線驅(qū)動(dòng)器(4)和天線座(7)； 天線座(7)內(nèi)安裝方位光電編碼器(9)、俯仰光電編碼器(8)、方位電機(jī)(6)和俯仰電機(jī)(10);方位電機(jī)(6)和俯仰電機(jī)(10)驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)動(dòng)，方位光電編碼器(9)和俯仰光電編碼器(8)量測(cè)天線實(shí)時(shí)角；天線控制器(3)與上位機(jī)(I)之間通過(guò)網(wǎng)線連接，天線控制器(3)通過(guò)A/D接口連接接收機(jī)(13);方位光電編碼器(9)和俯仰光電編碼器(8)分別通過(guò)422串口連接天線控制器(3);天線控制器(3)與天線驅(qū)動(dòng)器⑷之間通過(guò)導(dǎo)線或者422串口傳輸控制指令和狀態(tài)反饋；天線驅(qū)動(dòng)器(4)驅(qū)動(dòng)方位電機(jī)(6)和俯仰電機(jī)(10)轉(zhuǎn)動(dòng)； 天線控制器(3)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口接收上位機(jī)(I)的指令設(shè)定天線的工作模式為位置環(huán)路控制或者跟蹤環(huán)路控制；位置環(huán)路控制時(shí)，上位機(jī)(I)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口將控制指令，即天線指令角發(fā)送至天線控制器(3)，方位光電編碼器(9)和俯仰光電編碼器(8)量測(cè)的天線實(shí)時(shí)角位置通過(guò)422串口傳輸至天線控制器(3)，天線控制器(3)根據(jù)天線指令角和天線實(shí)時(shí)角生成位置環(huán)控制信號(hào)，并將位置環(huán)控制信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換為模擬量與控制PWM驅(qū)動(dòng)器上電或斷電信號(hào)一起送至天線驅(qū)動(dòng)器(4)，天線驅(qū)動(dòng)器(4)通過(guò)控制方位電機(jī)(6)和俯仰電機(jī)(10)驅(qū)動(dòng)天線座(7)運(yùn)行，直至運(yùn)行到天線指令角的位置；跟蹤環(huán)路控制時(shí)，天線控制器(3)從接收機(jī)(13)采樣得到角誤差信息和AGC信號(hào)，根據(jù)角誤差信息和AGC信號(hào)驅(qū)動(dòng)天線驅(qū)動(dòng)器(5)控制方位電機(jī)(6)和俯仰電機(jī)(10)驅(qū)動(dòng)天線跟蹤目標(biāo)，直至接收機(jī)(13)信號(hào)失鎖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天線控制裝置，其特征在于所述的天線控制器(3)主要包括通信模塊、DSP模塊、FPGA模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、開(kāi)關(guān)量采集模塊、電源模塊；所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊包括模擬信號(hào)調(diào)理電路、多路選擇器A/D轉(zhuǎn)換芯片和D類(lèi)鎖存器； 電源模塊為天線控制器內(nèi)其他所有模塊供電；接收機(jī)的輸出連接模擬信號(hào)調(diào)理電路，模擬信號(hào)調(diào)理電路的輸出作為多路選擇器的輸入，多路選擇器的輸出接入A/D轉(zhuǎn)換芯片，A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸出經(jīng)D類(lèi)鎖存器接入FPGA模塊；開(kāi)關(guān)量采集模塊的輸出接FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊與DSP模塊之間信息交互，F(xiàn)PGA模塊通過(guò)通信模塊與外界通信，通過(guò)D類(lèi)鎖存器、D/A轉(zhuǎn)換模塊與天線驅(qū)動(dòng)器連接； 接收機(jī)將角誤差信號(hào)和AGC信號(hào)輸出至模擬信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行濾波；多路選擇器從模擬信號(hào)調(diào)理電路的輸出中選擇一路模擬信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換芯片，由A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并將得到數(shù)字化的信號(hào)通過(guò)D類(lèi)鎖存器送至FPGA模塊，由FPGA模塊傳輸至DSP模塊；DSP模塊根據(jù)上位機(jī)(I)發(fā)送的工作模式和控制指令或者根據(jù)FPGA傳輸?shù)臄?shù)字化信號(hào)生成相應(yīng)的控制信號(hào)，將生成控制信號(hào)以及天線工作狀態(tài)傳輸至FPGA模塊，由FPGA模塊通過(guò)通信模塊將天線工作狀態(tài)上報(bào)至上位機(jī)；D/A轉(zhuǎn)換模塊將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)送至天線驅(qū)動(dòng)器⑷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天線控制裝置，其特征在于所述的通信模塊包括與光電編碼器通信的422串口、與PWM驅(qū)動(dòng)器通信的422串口和與上位機(jī)(I)通信的網(wǎng)絡(luò)接口RCM4200 板卡。
專(zhuān)利摘要一種天線控制裝置包括上位機(jī)(1)、天線控制器(3)、天線驅(qū)動(dòng)器(4)和天線座(7)；天線座(7)內(nèi)安裝方位光電編碼器(9)、俯仰光電編碼器(8)、方位電機(jī)(6)和俯仰電機(jī)(10)；方位電機(jī)(6)和俯仰電機(jī)(10)驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)動(dòng)，方位光電編碼器(9)和俯仰光電編碼器(8)量測(cè)天線實(shí)時(shí)角；天線控制器(3)與上位機(jī)(1)之間通過(guò)網(wǎng)線連接，天線控制器(3)通過(guò)A/D接口連接接收機(jī)(13)；方位光電編碼器(9)和俯仰光電編碼器(8)分別通過(guò)422串口連接天線控制器(3)；天線控制器(3)與天線驅(qū)動(dòng)器(4)之間通過(guò)導(dǎo)線或者422串口傳輸控制指令和狀態(tài)反饋；天線驅(qū)動(dòng)器(4)驅(qū)動(dòng)方位電機(jī)(6)和俯仰電機(jī)(10)轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)H01Q3/08GK202871980SQ20122031356
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者趙書(shū)陽(yáng), 馬紀(jì)軍, 賈軍, 熊衛(wèi)紅, 馬楠, 賈建輝 申請(qǐng)人:北京遙測(cè)技術(shù)研究所