一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、伺服控制器、PWM驅(qū)動(dòng)器、直流電機(jī)、測速機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)變壓器、平板天線、支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；監(jiān)控計(jì)算機(jī)接收工作狀態(tài)，下發(fā)控制指令；伺服控制器接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制指令，讀取天線角位置信息和接收機(jī)角誤差信息，完成位置環(huán)路閉環(huán)、跟蹤環(huán)路閉環(huán)并輸出模擬控制量至PWM驅(qū)動(dòng)器；PWM驅(qū)動(dòng)器完成速度環(huán)、電流環(huán)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平板天線運(yùn)轉(zhuǎn)；平板天線接收高頻遙測信號；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、平板天線、支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)共同組成天線座；伺服控制器、PWM驅(qū)動(dòng)器、直流電機(jī)、測速機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在天線座上，系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、集成度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線電遙測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]天線伺服系統(tǒng)是遙測系統(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)接收遙測信號。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，獲得重要的遙測數(shù)據(jù)以判斷故障。隨著遙測技術(shù)的不斷發(fā)展提高，輕型化便攜化逐漸成為無線電測控通信系統(tǒng)一個(gè)新的研究方向，對自跟蹤天線伺服系統(tǒng)的控制精度要求也越來越聞。
[0003]目前常用的無線電測控通信系統(tǒng)為拋物面自跟蹤天線系統(tǒng)，拋物面自跟蹤天線系統(tǒng)的天線反射面和體積較大，使得自跟蹤天線系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性差、重量大、不易隱蔽、使用時(shí)操作不夠簡易；拋物面自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)通常由天控器、天線驅(qū)動(dòng)單元、電機(jī)、速度檢測裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置檢測裝置、拋物面天線和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、拋物面天線和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成天線座，電機(jī)、速度檢測裝置、位置檢測裝置安裝在天線座上，而天控器和天線驅(qū)動(dòng)控制單元通常是4U機(jī)箱安裝在專門的工作臺上體積大且集成度低，運(yùn)輸攜帶不方便。
[0004]伺服系統(tǒng)是測控通信設(shè)備的重要組成部分，可分為方位支路和俯仰支路，其性能的好壞將直接影響系統(tǒng)的跟蹤性能和跟蹤精度，隨著遙測技術(shù)的不斷發(fā)展，對伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和響應(yīng)速度有了更高的要求，目前常用的自跟蹤天線伺服系統(tǒng)均采用傳統(tǒng)位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)三閉環(huán)PID控制，采用經(jīng)典PID控制的天線伺服系統(tǒng)難以獲得更高的跟蹤精度和更好的動(dòng)態(tài)性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)連線更簡單，減小了系統(tǒng)的體積和重量，提高了系統(tǒng)集成度，攜帶使用方便，并能滿足天線跟蹤精度，適用于高集成要求的遙測系統(tǒng)中。
[0006]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)，其特征在于包括:監(jiān)控計(jì)算機(jī)、伺服控制器、PWM驅(qū)動(dòng)器、俯仰直流電機(jī)、方位直流電機(jī)、俯仰測速機(jī)、方位測速機(jī)、俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、平板天線、俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器、方位旋轉(zhuǎn)變壓器和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中:
[0008]俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、平板天線和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)組成天線座，伺服控制器、PWM驅(qū)動(dòng)器、俯仰直流電機(jī)、方位直流電機(jī)、俯仰測速機(jī)、方位測速機(jī)、俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器和方位旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在天線座上，其中天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、俯仰直流電機(jī)、俯仰測速機(jī)、俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和平板天線；
[0009]監(jiān)控計(jì)算機(jī):發(fā)送伺服控制系統(tǒng)工作模式指令、天線角位置指令到伺服控制器，并接收伺服控制器發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)，將所述伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示；
[0010]伺服控制器:包括網(wǎng)絡(luò)模塊、電源模塊、處理器模塊、方位角度解碼模塊、俯仰角度解碼模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊、方位DA轉(zhuǎn)換模塊，其中:
[0011]網(wǎng)絡(luò)模塊:接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作模式指令、天線角位置指令，存儲所述伺服控制系統(tǒng)工作模式指令、天線角位置指令并轉(zhuǎn)發(fā)給處理器模塊；接收處理器模塊發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存儲所述伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)；
[0012]電源模塊:按照伺服控制器各個(gè)模塊的要求將外部輸入電壓變壓后輸出，為伺服控制器中的各個(gè)模塊供電；
[0013]處理器模塊:接收網(wǎng)絡(luò)模塊轉(zhuǎn)發(fā)的來自監(jiān)控計(jì)算機(jī)的伺服控制系統(tǒng)工作模式指令，在位置環(huán)路控制方式下，接收網(wǎng)絡(luò)模塊轉(zhuǎn)發(fā)的來自監(jiān)控計(jì)算機(jī)的天線角位置指令，所述指令包括天線方位角指定值和天線俯仰角指定值，并讀取方位角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)和俯仰角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，計(jì)算得到方位角誤差數(shù)據(jù)和俯仰角誤差數(shù)據(jù)，其中方位角誤差數(shù)據(jù)等于天線方位角指定值減去天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)，俯仰角誤差數(shù)據(jù)等于天線俯仰角指定值減去天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)；根據(jù)方位角誤差數(shù)據(jù)和俯仰角誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行位置環(huán)路PID運(yùn)算，得到俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量、方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量，將俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊，并將方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到方位DA轉(zhuǎn)換模塊，所述位置環(huán)路控制方式下計(jì)算得到的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量、方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量確保天線轉(zhuǎn)到到系統(tǒng)指定的角度位置；
[0014]在跟蹤環(huán)路控制方式下，接收AD轉(zhuǎn)換模塊輸出的方位角誤差數(shù)據(jù)、俯仰角誤差數(shù)據(jù)、AGC電壓數(shù)據(jù)、接收機(jī)鎖定數(shù)據(jù)，并接收方位角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)和俯仰角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，采用位置環(huán)路PID運(yùn)算、ro控制器算法、牛頓預(yù)測器算法、前饋復(fù)合控制器算法計(jì)算俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量和方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量，將俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊，將方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到方位DA轉(zhuǎn)換模塊；所述的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量和方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量確保天線實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)，使目標(biāo)始終處于天線主波束的中心線附近，確保以最大接收增益可靠地連續(xù)接收遙測信號；
[0015]同時(shí)，根據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作模式指令發(fā)送俯仰使能信號和方位使能信號到PWM驅(qū)動(dòng)器，并將伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)模塊；
[0016]俯仰角度解碼模塊:接收俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦模擬信號1，從所述正弦模擬信號I中解調(diào)出天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，輸出給處理器模塊；
[0017]方位角度解碼模塊:接收方位旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦模擬信號2，從所述正弦模擬信號2中解調(diào)出天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)，輸出給處理器模塊；
[0018]AD轉(zhuǎn)換模塊:接收外部接收機(jī)輸出的方位角誤差電壓模擬值、俯仰角誤差電壓模擬值、AGC電壓值、接收機(jī)鎖定信號，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出方位角誤差數(shù)據(jù)、俯仰角誤差數(shù)據(jù)、AGC電壓數(shù)據(jù)和接收機(jī)鎖定數(shù)據(jù)到處理器模塊，用于跟蹤環(huán)路控制方式下的俯仰速度控制量和方位速度控制量的計(jì)算；
[0019]俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊:將處理器模塊輸出的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值到PWM驅(qū)動(dòng)器；
[0020]方位DA轉(zhuǎn)換模塊:將處理器模塊輸出的方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值到PWM驅(qū)動(dòng)器；
[0021]PWM驅(qū)動(dòng)器:接收俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊輸出的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值、方位DA轉(zhuǎn)換模塊輸出的方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值、處理器模塊輸出的俯仰使能信號和方位使能信號，以及俯仰測速機(jī)輸出的俯仰直流電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度測量值和方位測速機(jī)輸出的方位直流電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度測量值，根據(jù)所述接收數(shù)據(jù)完成速度環(huán)路閉環(huán)、電流環(huán)路閉環(huán)，輸出俯仰驅(qū)動(dòng)電流到俯仰直流電機(jī)，輸出方位驅(qū)動(dòng)電流到方位直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)俯仰直流電機(jī)經(jīng)俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平板天線轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方位直流電機(jī)經(jīng)方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0022]俯仰直流電機(jī):接收PWM驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的俯仰驅(qū)動(dòng)電流，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平板天線在俯仰角方向轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0023]方位直流電機(jī):接收PWM驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的方位驅(qū)動(dòng)電流，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分在方位角方向轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0024]俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu):將俯仰直流電機(jī)輸出力矩放大NI倍，并將俯仰直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)平板天線在俯仰方向上以俯仰電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的1/N1倍運(yùn)轉(zhuǎn)；
[0025]方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu):將方位直流電機(jī)輸出力矩放大N2倍，驅(qū)動(dòng)天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分在方位方向上以方位電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的1/N2倍運(yùn)轉(zhuǎn)；
[0026]俯仰測速機(jī):對俯仰直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并將所述速度測量值輸出給PWM驅(qū)動(dòng)器；
[0027]方位測速機(jī):對方位直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并將所述速度測量值輸出給PWM驅(qū)動(dòng)器；
[0028]平板天線:在俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)俯仰角方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并隨著天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分在方位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)方位角方向轉(zhuǎn)動(dòng)，在位置控制環(huán)路方式下，天線經(jīng)過所述俯仰角方向轉(zhuǎn)動(dòng)和方位角方向轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)系統(tǒng)指定角度位置，在跟蹤環(huán)路控制方式下，天線實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)使目標(biāo)始終處于天線主波束的中心線附近，確保以最大接收增益可靠地連續(xù)接收遙測信號；用于接收遙測信號，上述遙測信號經(jīng)外部下變頻器變頻后輸出中頻遙測信號到外部接收機(jī)，外部接收機(jī)對所述中頻遙測信號處理得到方位角誤差電壓模擬值、俯仰角誤差電壓模擬值；
[0029]俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器:測量平板天線在俯仰傳動(dòng)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)下的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，將上述角度調(diào)制到正弦模擬信號I上，并將正弦模擬信號I發(fā)送到伺服控制器的俯仰角度解碼模塊；
[0030]方位旋轉(zhuǎn)變壓器:測量天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，將上述角度調(diào)制到正弦模擬信號2上，并將所述模擬信號2發(fā)送到伺服控制器的方位角度解碼模塊；
[0031]支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為機(jī)械件實(shí)現(xiàn)天線座機(jī)械安裝。
[0032]在上述的一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)，處理器模塊根據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送伺服控制系統(tǒng)工作模式指令，選擇位置環(huán)路控制方式或跟蹤環(huán)路控制方式，如果系統(tǒng)工作模式為手動(dòng)位置工作模式、手動(dòng)速度工作模式、定點(diǎn)工作模式、天線定位模式、程控工作模式、數(shù)據(jù)引導(dǎo)工作模式，則選擇位置環(huán)路控制方式，如果系統(tǒng)工作模式為自動(dòng)跟蹤工作模式、綜合跟蹤工作模式，則選擇跟蹤環(huán)路控制方式。
[0033]在上述的一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)中，平板天線在俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下，俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為0°?90°，平板天線跟隨天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分在方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，方位方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為0°?360°，即天線可以在方位角方向連續(xù)多圈轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0034]在上述的一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)，在跟蹤環(huán)路控制模式下，采用位置環(huán)路PID運(yùn)算、PD控制器算法、牛頓預(yù)測器算法、前饋復(fù)合控制器算法計(jì)算俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量和方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量，其具體計(jì)算步驟如下:
[0035](I)讀取AD轉(zhuǎn)換模塊輸出的方位角誤差數(shù)據(jù)、俯仰角誤差數(shù)據(jù)，進(jìn)行位置環(huán)路PID運(yùn)算，得到俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量初值、方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量初值；
[0036](2)讀取方位角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)和俯仰角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，用上述天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)加上AD轉(zhuǎn)換模塊輸出方位角誤差數(shù)據(jù)得到目標(biāo)方位角值，用天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)加上AD轉(zhuǎn)換模塊輸出俯仰角誤差數(shù)據(jù)得到目標(biāo)俯仰角值；
[0037](3)利用步驟(2)得到的目標(biāo)方位角值和目標(biāo)俯仰角值進(jìn)行H)控制器算法計(jì)算，得到的目標(biāo)方位角速度估計(jì)值和目標(biāo)俯仰角速度估計(jì)值；
[0038](4)當(dāng)前時(shí)刻利用步驟(3)得到的目標(biāo)方位角速度估計(jì)值和目標(biāo)俯仰角速度估計(jì)值，以及前兩個(gè)時(shí)刻利用步驟(3)得到的目標(biāo)方位角速度估計(jì)值和目標(biāo)俯仰角速度估計(jì)值，進(jìn)行牛頓預(yù)測器算法計(jì)算，完成目標(biāo)方位角速度和俯仰角速度的一步超前預(yù)測，得到下一時(shí)刻目標(biāo)方位角速度預(yù)測值和俯仰角速度預(yù)測值；
[0039](5)利用步驟⑷得到的目標(biāo)俯仰角速度預(yù)測值進(jìn)行俯仰前饋復(fù)合控制器算法計(jì)算，所述計(jì)算的輸出值加上步驟(I)得到的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量初值，得到俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量；利用步驟(4)得到的目標(biāo)方位角速度預(yù)測值進(jìn)行方位前饋復(fù)合控制器算法計(jì)算，所述計(jì)算的輸出值加上步驟(I)得到的方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量初值，得到方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量;
[0040]在上述的一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)中，跟蹤環(huán)路控制模式計(jì)算如果出現(xiàn)如下所列情況之一則停止計(jì)算，所述情況包括:
[0041]a、接收機(jī)信號失鎖；
[0042]b、接收機(jī)AGC電壓值低于門限；
[0043]C、伺服控制系統(tǒng)工作模式切換。
[0044]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0045](I)本發(fā)明各組成模塊間功能清晰明確，并將伺服控制器和PWM驅(qū)動(dòng)器安裝在天線座內(nèi)部，系統(tǒng)連線更簡單，減小了系統(tǒng)的體積和重量，提高了系統(tǒng)集成度高，攜帶使用方便，并能滿足天線跟蹤精度，適用于高集成要求的遙測系統(tǒng)中。
[0046](2)本發(fā)明通過網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)伺服控制器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)的信息交互，大大增加了信息傳輸距離，可以實(shí)現(xiàn)天線的遠(yuǎn)程控制。
[0047](3)本發(fā)明在伺服控制器中利用ro控制器算法與牛頓預(yù)測器算法估計(jì)目標(biāo)角速度實(shí)現(xiàn)前饋復(fù)合控制以消除天線跟蹤速度相對目標(biāo)遠(yuǎn)動(dòng)速度的滯后誤差，提高伺服系統(tǒng)跟蹤精度。
[0048](4)本發(fā)明可以在處理器模塊中采用DSP和FPGA結(jié)合實(shí)現(xiàn)算法計(jì)算，提高數(shù)據(jù)處理能力，滿足復(fù)雜控制算法的實(shí)時(shí)性要求。
[0049](5)本發(fā)明在伺服控制器的處理器模塊中實(shí)現(xiàn)ro控制器算法、牛頓預(yù)測器算法、前饋復(fù)合控制算法，該算法可應(yīng)用于其他類型自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)，適用性強(qiáng)且可移植性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0050]圖1為本發(fā)明自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)組成框圖；
[0051]圖2為本發(fā)明自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)中的單支路位置環(huán)路閉環(huán)控制框圖；
[0052]圖3為本發(fā)明自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)中的單支路跟蹤環(huán)路閉環(huán)控制框圖；
[0053]圖4為本發(fā)明自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)中H)控制器算法框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0055]如圖1所示為高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)組成框圖，一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)包括:監(jiān)控計(jì)算機(jī)、伺服控制器、PWM驅(qū)動(dòng)器、俯仰直流電機(jī)、方位直流電機(jī)、俯仰測速機(jī)、方位測速機(jī)、俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、平板天線、俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器、方位旋轉(zhuǎn)變壓器和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、平板天線和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)組成天線座，伺服控制器、PWM驅(qū)動(dòng)器、俯仰直流電機(jī)、方位直流電機(jī)、俯仰測速機(jī)、方位測速機(jī)、俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器和方位旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在天線座上，其中天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、俯仰直流電機(jī)、俯仰測速機(jī)、俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和平板天線.
[0056]監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送伺服控制系統(tǒng)工作模式指令、天線角位置指令到伺服控制器，并接收伺服控制器發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)，將所述數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，如伺服系統(tǒng)工作時(shí)間、天線實(shí)時(shí)方位角、天線實(shí)時(shí)俯仰角、天線方位指令角、天線俯仰角指令角、俯仰角誤差數(shù)據(jù)、方位角誤差數(shù)據(jù)、天線工作模式、接收機(jī)方位角誤差模擬電壓、接收機(jī)俯仰角誤差模擬電壓、AGC電壓、接收機(jī)鎖定信號等。人機(jī)交互軟件可以進(jìn)行各種控制操作，比如:切換天線工作模式、狀態(tài)信息存盤和打印。人機(jī)交互軟件中軟按鍵管理工作模式按鍵，按鍵包含:天線展開按鍵、自跟蹤按鍵、綜合跟蹤按鍵、等待按鍵、手動(dòng)位置按鍵、手動(dòng)速度按鍵，單軸按鍵、雙軸按鍵、收藏按鍵、定點(diǎn)按鍵、天線定位按鍵、程控按鍵、北斗引導(dǎo)按鍵、GPS引導(dǎo)按鍵、同站引導(dǎo)按鍵。其中，天線展開按鍵管理平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)開機(jī)之后展開天線的過程，作用是確保伺服系統(tǒng)在方位和俯仰的行程范圍之內(nèi)無干涉，天線展開過程執(zhí)行完畢之后才能在人機(jī)交互軟件界面中進(jìn)行各種控制操作；單軸按鍵、雙軸按鍵與自跟蹤按鍵、綜合跟蹤按鍵、等待按鍵、手動(dòng)位置按鍵、手動(dòng)速度按鍵配合使用，伺服系統(tǒng)在單軸模式下工作時(shí)，方位支路和俯仰支路可以分別獨(dú)立完成自跟蹤模式、綜合跟蹤模式、等待模式、手動(dòng)位置模式、手動(dòng)速度模式操作，伺服系統(tǒng)在雙軸模式下工作時(shí)，方位支路和俯仰支路同時(shí)完成自跟蹤模式、綜合跟蹤模式、等待模式、手動(dòng)位置模式、手動(dòng)速度模式操作；收藏按鍵、定點(diǎn)按鍵、天線定位按鍵、程控按鍵、北斗引導(dǎo)按鍵、GPS引導(dǎo)按鍵、同站引導(dǎo)按鍵同時(shí)完成方位支路和俯仰支路模式控制操作。
[0057]伺服控制器:包括網(wǎng)絡(luò)模塊、電源模塊、處理器模塊、方位角度解碼模塊、俯仰角度解碼模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊、方位DA轉(zhuǎn)換模塊。
[0058]其中，網(wǎng)絡(luò)模塊選用RABBIT半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的RCM4200板卡，RCM4200板卡帶有10/100M以太網(wǎng)接口和四個(gè)串行數(shù)據(jù)接口，通過10/100M以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)的通信，通過串行數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)與處理器模塊的通信，接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作模式指令、天線角位置指令，存儲所述伺服控制系統(tǒng)工作模式指令、天線角位置指令并轉(zhuǎn)發(fā)給處理器模塊；接收處理器模塊發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存儲所述伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
[0059]電源模塊按照伺服控制器其他模塊的要求將外部輸入電壓變壓后輸出，為伺服控制器中的其他模塊供電，包括+1.2V、+1.8V、+3.3V、+5V、土 12V。
[0060]處理器模塊接收網(wǎng)絡(luò)模塊轉(zhuǎn)發(fā)的來自監(jiān)控計(jì)算機(jī)的伺服控制系統(tǒng)工作模式指令，根據(jù)上述指令選擇位置環(huán)路控制方式或跟蹤環(huán)路控制方式，如果系統(tǒng)工作模式為手動(dòng)位置工作模式、手動(dòng)速度工作模式、定點(diǎn)工作模式、天線定位模式、程控工作模式、數(shù)據(jù)引導(dǎo)工作模式，則選擇位置環(huán)路控制方式，如果系統(tǒng)工作模式為自動(dòng)跟蹤工作模式、綜合跟蹤工作模式，則選擇跟蹤環(huán)路控制方式。
[0061]在位置環(huán)路控制方式下，處理器模塊接收網(wǎng)絡(luò)模塊轉(zhuǎn)發(fā)的來自監(jiān)控計(jì)算機(jī)的天線角位置指令，所述指令包括天線方位角指定值和天線俯仰角指定值，并讀取方位角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)和俯仰角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，計(jì)算得到方位角誤差數(shù)據(jù)和俯仰角誤差數(shù)據(jù)，其中方位角誤差數(shù)據(jù)等于天線方位角指定值減去天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)，俯仰角誤差數(shù)據(jù)等于天線俯仰角指定值減去天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)；根據(jù)方位角誤差數(shù)據(jù)和俯仰角誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行位置環(huán)路PID運(yùn)算，得到俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量、方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量，將俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊，并將方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到方位DA轉(zhuǎn)換模塊。
[0062]在跟蹤環(huán)路控制方式下，處理器模塊接收AD轉(zhuǎn)換模塊輸出的方位角誤差數(shù)據(jù)、俯仰角誤差數(shù)據(jù)、AGC電壓數(shù)據(jù)、接收機(jī)鎖定數(shù)據(jù),并接收方位角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)和俯仰角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，采用位置環(huán)路PID運(yùn)算、ro控制器算法、牛頓預(yù)測器算法、前饋復(fù)合控制器算法計(jì)算俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量和方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量，將所述俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊，將方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到方位DA轉(zhuǎn)換模塊。
[0063]同時(shí)，處理器模塊根據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作模式指令發(fā)送俯仰使能信號和方位使能信號到PWM驅(qū)動(dòng)器，并將伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)模塊。
[0064]處理器模塊由一塊DSP芯片和一塊FPGA芯片構(gòu)成，通過FPGA接收網(wǎng)絡(luò)模塊轉(zhuǎn)發(fā)的來自監(jiān)控計(jì)算機(jī)的伺服控制系統(tǒng)工作模式指令、天線角位置指令，所述指令包括天線方位角指定值和天線俯仰角指定值，并采集方位角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)和俯仰角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，存放在FPGA芯片內(nèi)的RX-RAM中，DSP讀取RX-RAM數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)PID運(yùn)算、PD控制器算法、牛頓預(yù)測器算法、饋復(fù)合控制器算法，完成天線工作模式管理。
[0065]俯仰角度解碼模塊接收俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦模擬信號1，從所述正弦模擬信號I中解調(diào)出天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，輸出給處理器模塊。
[0066]方位角度解碼模塊接收方位旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦模擬信號2，從所述正弦模擬信號2中解調(diào)出天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)，輸出給處理器模塊。
[0067]AD轉(zhuǎn)換模塊接收外部接收機(jī)輸出的方位角誤差電壓模擬值、俯仰角誤差電壓模擬值、AGC電壓值、接收機(jī)鎖定信號，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出方位角誤差數(shù)據(jù)、俯仰角誤差數(shù)據(jù)、AGC電壓數(shù)據(jù)和接收機(jī)鎖定數(shù)據(jù)到處理器模塊。
[0068]俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊將處理器模塊輸出的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值到PWM驅(qū)動(dòng)器。
[0069]方位DA轉(zhuǎn)換模塊將處理器模塊輸出的方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值到PWM驅(qū)動(dòng)器。
[0070]PWM驅(qū)動(dòng)器接收俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊輸出的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值、方位DA轉(zhuǎn)換模塊輸出的方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值、處理器模塊輸出的俯仰使能信號和方位使能信號，以及俯仰測速機(jī)輸出的俯仰直流電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度測量值和方位測速機(jī)輸出的方位直流電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度測量值，根據(jù)所述接收數(shù)據(jù)完成速度環(huán)路閉環(huán)、電流環(huán)路閉環(huán)，輸出俯仰驅(qū)動(dòng)電流到俯仰直流電機(jī)，輸出方位驅(qū)動(dòng)電流到方位直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)俯仰直流電機(jī)經(jīng)俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平板天線轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方位直流電機(jī)經(jīng)方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0071]俯仰直流電機(jī)接收PWM驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的俯仰驅(qū)動(dòng)電流，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平板天線在俯仰角方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0072]方位直流電機(jī)接收PWM驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的方位驅(qū)動(dòng)電流，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分在方位角方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0073]俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將俯仰直流電機(jī)輸出力矩放大NI倍，并將俯仰直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)平板天線在俯仰方向上以俯仰電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的1/N1倍運(yùn)轉(zhuǎn)；俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用末級齒輪帶，使俯仰支承轉(zhuǎn)動(dòng)裝置扁平的結(jié)構(gòu)布局得以實(shí)現(xiàn)，俯仰電機(jī)通過行星減速器驅(qū)動(dòng)末級齒輪帶作直線運(yùn)動(dòng)，推拉天線座俯仰軸，帶動(dòng)平板天線繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0074]方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將方位直流電機(jī)輸出力矩放大N2倍，并將方位直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)平板天線在方位方向上以方位電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的1/N2倍運(yùn)轉(zhuǎn)；方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用末級齒輪副加直角行星減速器，以減小天線座軸向尺寸和傳動(dòng)鏈末級回差。
[0075]俯仰測速機(jī)對俯仰直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并將所述速度測量值輸出給PWM驅(qū)動(dòng)器；
[0076]方位測速機(jī)對方位直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并將所述速度測量值輸出給PWM驅(qū)動(dòng)器；
[0077]平板天線在俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的角度取值范圍為O。?90°，并隨著天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分在方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)方位角方向轉(zhuǎn)動(dòng)，方位轉(zhuǎn)動(dòng)的角度范圍為0°?360°，即可實(shí)現(xiàn)方位角方向多圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。平板天線用于接收遙測信號，所述遙測信號經(jīng)外部下變頻器下變頻后輸出中頻遙測信號到外部接收機(jī)，外部接收機(jī)對所述中頻遙測信號處理得到方位角誤差電壓模擬值、俯仰角誤差電壓模擬值；
[0078]俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器測量平板天線在俯仰傳動(dòng)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)下的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，將上述角度調(diào)制到正弦模擬信號I上，并將正弦模擬信號I發(fā)送到伺服控制器的俯仰角度解碼模塊，俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器采用軸伸式旋轉(zhuǎn)變壓器，軸伸式旋轉(zhuǎn)變壓器徑向尺寸小，滿足俯仰支承轉(zhuǎn)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)布局的要求。
[0079]方位旋轉(zhuǎn)變壓器測量天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，將上述角度調(diào)制到正弦模擬信號2上，并將所述模擬信號2發(fā)送到伺服控制器的方位角解碼模塊。方位旋轉(zhuǎn)變壓器采用套軸式旋轉(zhuǎn)變壓器，旋轉(zhuǎn)變壓器直接套裝在方位軸上，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳遞路徑直接，可以保證方位軸檢測的角位置數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。
[0080]支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為機(jī)械件實(shí)現(xiàn)天線座機(jī)械安裝。
[0081]本發(fā)明自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)中的單支路位置環(huán)路閉環(huán)控制框圖如圖2所示，單支路跟蹤環(huán)路閉環(huán)控制框圖如圖3所示，俯仰支路位置環(huán)路閉環(huán)控制、方位支路位置環(huán)路閉環(huán)控制采用圖2所示的控制環(huán)路，俯仰支路跟蹤環(huán)路閉環(huán)控制、方位支路跟蹤環(huán)路閉環(huán)控制采用圖3所示的控制環(huán)路。
[0082]在圖2、圖3中，Θ 為監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送的指令角位置值，Gp(s)為位置環(huán)路PID傳遞函數(shù)、Gv(S)為速度環(huán)路PID傳遞函數(shù)、Gi (s)為電流環(huán)路PID傳遞函數(shù)，Kpwm SPWM驅(qū)動(dòng)器放大倍數(shù)，La直流電機(jī)電樞回路總電感，Ra為直流電機(jī)電樞回路總電阻，Km為直流電機(jī)力矩系數(shù)，Jm為直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，?m為測速機(jī)檢測的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，N為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速比，J1為負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Θ I為旋轉(zhuǎn)變壓器檢測的負(fù)載端實(shí)時(shí)角位置，Δ Θ rec為接收機(jī)輸出的角誤差值，@為牛頓預(yù)測器估計(jì)到的角速度，Gf(S)為前饋復(fù)合控制器傳遞函數(shù)，Gpd(S)為H)控制器傳遞函數(shù)，Gnp(S)為牛頓預(yù)測器傳遞函數(shù)。
[0083]如圖2所示，在位置環(huán)路控制方式中，伺服控制器接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送的θΜ?，并讀入旋轉(zhuǎn)變壓器檢測的Q1，求出角誤差Λ Θ =，完成位置環(huán)路PID運(yùn)算Gp(s)后，得到轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量，將上述結(jié)果經(jīng)D/A模塊轉(zhuǎn)換為模擬量送至PWM驅(qū)動(dòng)器，完成Gv(S)、Gi(S)運(yùn)算控制電機(jī)按照監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送的θΜ?運(yùn)行。
[0084]在跟蹤環(huán)路控制方式中，如圖3的控制環(huán)路工作流程如下所述:
[0085](I)直接讀取接收機(jī)通過遙測數(shù)據(jù)得到的角誤差值Λ Θ rec最為角誤差Λ Θ，gpΔ θ = Δ ，利用上述角誤差Λ Θ進(jìn)行位置環(huán)路PID運(yùn)算Gp (s)，得到角度轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量初始值。
[0086](2)用外部接收機(jī)角誤差Λ Θ rec加上角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角度Θ 1得到目標(biāo)角位置。
[0087](3)將目標(biāo)角位置輸入到ro控制器得到目標(biāo)角速度估計(jì)值，ro控制器傳遞函數(shù)Gpd(S)如下式所示:
【權(quán)利要求】
1.一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)，其特征在于包括:監(jiān)控計(jì)算機(jī)、伺服控制器、PWM驅(qū)動(dòng)器、俯仰直流電機(jī)、方位直流電機(jī)、俯仰測速機(jī)、方位測速機(jī)、俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、平板天線、俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器、方位旋轉(zhuǎn)變壓器和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中: 俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、平板天線和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成天線座，伺服控制器、PWM驅(qū)動(dòng)器、俯仰直流電機(jī)、方位直流電機(jī)、俯仰測速機(jī)、方位測速機(jī)、俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器和方位旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在天線座上，其中天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、俯仰直流電機(jī)、俯仰測速機(jī)、俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和平板天線； 監(jiān)控計(jì)算機(jī):發(fā)送伺服控制系統(tǒng)工作模式指令、天線角位置指令到伺服控制器，并接收伺服控制器發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)，將所述伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示； 伺服控制器:包括網(wǎng)絡(luò)模塊、電源模塊、處理器模塊、方位角度解碼模塊、俯仰角度解碼模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊、方位DA轉(zhuǎn)換模塊，其中: 網(wǎng)絡(luò)模塊:接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作模式指令、天線角位置指令，存儲所述伺服控制系統(tǒng)工作模式指令、天線角位置指令并轉(zhuǎn)發(fā)給處理器模塊；接收處理器模塊發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存儲所述伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)； 電源模塊:為伺服控制器中的各個(gè)模塊供電； 處理器模塊:接收網(wǎng)絡(luò)模塊轉(zhuǎn)發(fā)的來自監(jiān)控計(jì)算機(jī)的伺服控制系統(tǒng)工作模式指令，在位置環(huán)路控制方式下，接收網(wǎng)絡(luò)模塊轉(zhuǎn)發(fā)的來自監(jiān)控計(jì)算機(jī)的天線角位置指令，所述指令包括天線方位角指定值和天線俯仰角指定值，并讀取方位角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)和俯仰角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，計(jì)算得到方位角誤差數(shù)據(jù)和俯仰角誤差數(shù)據(jù)，其中方位角誤差數(shù)據(jù)等于天線方位角指定值減去天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)，俯仰角誤差數(shù)據(jù)等于天線俯仰角指定值減去天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)；根據(jù)方位角誤差數(shù)據(jù)和俯仰角誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行位置環(huán)路PID運(yùn)算，得到俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量、方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量，將俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊，并將方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到方位DA轉(zhuǎn)換模塊； 在跟蹤環(huán)路控制方式下，接收AD轉(zhuǎn)換模塊輸出的方位角誤差數(shù)據(jù)、俯仰角誤差數(shù)據(jù)、AGC電壓數(shù)據(jù)、接收機(jī)鎖定數(shù)據(jù)，并接收方位角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)和俯仰角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，采用位置環(huán)路PID運(yùn)算、ro控制器算法、牛頓預(yù)測器算法、前饋復(fù)合控制器算法計(jì)算俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量和方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量，將所述俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊，將方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量發(fā)送到方位DA轉(zhuǎn)換模塊； 同時(shí)，根據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送的伺服控制系統(tǒng)工作模式指令發(fā)送俯仰使能信號和方位使能信號到PWM驅(qū)動(dòng)器，并將伺服控制系統(tǒng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、天線狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)模塊；俯仰角度解碼模塊:接收俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦模擬信號1，從所述正弦模擬信號I中解調(diào)出天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，輸出給處理器模塊； 方位角度解碼模塊:接收方位旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦模擬信號2，從所述正弦模擬信號2中解調(diào)出天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)，輸出給處理器模塊； AD轉(zhuǎn)換模塊:接收外部接收機(jī)輸出的方位角誤差電壓模擬值、俯仰角誤差電壓模擬值、AGC電壓值、接收機(jī)鎖定信號，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出方位角誤差數(shù)據(jù)、俯仰角誤差數(shù)據(jù)、AGC電壓數(shù)據(jù)和接收機(jī)鎖定數(shù)據(jù)到處理器模塊； 俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊:將處理器模塊輸出的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值到PWM驅(qū)動(dòng)器； 方位DA轉(zhuǎn)換模塊:將處理器模塊輸出的方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值到PWM驅(qū)動(dòng)器； PWM驅(qū)動(dòng)器:接收俯仰DA轉(zhuǎn)換模塊輸出的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值、方位DA轉(zhuǎn)換模塊輸出的方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制模擬電壓值、處理器模塊輸出的俯仰使能信號和方位使能信號，以及俯仰測速機(jī)輸出的俯仰直流電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度測量值和方位測速機(jī)輸出的方位直流電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度測量值，根據(jù)所述接收數(shù)據(jù)完成速度環(huán)路閉環(huán)、電流環(huán)路閉環(huán)，輸出俯仰驅(qū)動(dòng)電流到俯仰直流電機(jī)，輸出方位驅(qū)動(dòng)電流到方位直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)俯仰直流電機(jī)經(jīng)俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平板天線轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方位直流電機(jī)經(jīng)方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)； 俯仰直流電機(jī):接收PWM驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的俯仰驅(qū)動(dòng)電流，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平板天線在俯仰角方向轉(zhuǎn)動(dòng)； 方位直流電機(jī):接收PWM驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的方位驅(qū)動(dòng)電流，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分在方位角方向轉(zhuǎn)動(dòng)； 俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu):將俯仰直流電機(jī)輸出力矩放大NI倍，并將俯仰直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)平板天線在俯仰方向上以俯仰電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的1/N1倍運(yùn)轉(zhuǎn)； 方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu):將方位直流電機(jī)輸出力矩放大N2倍，驅(qū)動(dòng)天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分在方位方向上以方位電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的1/N2倍運(yùn)轉(zhuǎn)； 俯仰測速機(jī):對俯仰直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并將所述速度測量值輸出給PWM驅(qū)動(dòng)器； 方位測速機(jī):對方位直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并將所述速度測量值輸出給PWM驅(qū)動(dòng)器； 平板天線:在俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并隨著天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分在方位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)方位角方向轉(zhuǎn)動(dòng)，用于接收遙測信號，上述遙測信號經(jīng)外部下變頻器變頻后輸出中頻遙測信號到外部接收機(jī)，外部接收機(jī)對所述中頻遙測信號處理得到方位角誤差電壓模擬值、俯仰角誤差電壓模擬值； 俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器:測量平板天線在俯仰傳動(dòng)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)下的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，將上述角度調(diào)制到正弦模擬信號I上，并將正弦模擬信號I發(fā)送到伺服控制器的俯仰角度解碼模塊； 方位旋轉(zhuǎn)變壓器:測量天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，將上述角度調(diào)制到正弦模擬信號2上，并將所述模擬信號2發(fā)送到伺服控制器的方位角度解碼模塊； 支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為機(jī)械件實(shí)現(xiàn)天線座機(jī)械安裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)，處理器模塊根據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送伺服控制系統(tǒng)工作模式指令，選擇位置環(huán)路控制方式或跟蹤環(huán)路控制方式，如果系統(tǒng)工作模式為手動(dòng)位置工作模式、手動(dòng)速度工作模式、定點(diǎn)工作模式、天線定位模式、程控工作模式、數(shù)據(jù)引導(dǎo)工作模式，則選擇位置環(huán)路控制方式，如果系統(tǒng)工作模式為自動(dòng)跟蹤工作模式、綜合跟蹤工作模式，則選擇跟蹤環(huán)路控制方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)，其特征在于平板天線在俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下，俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為0°?90°，平板天線跟隨天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分在方位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，方位方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為0°?360°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)，其特征在于:在跟蹤環(huán)路控制模式下，采用位置環(huán)路PID運(yùn)算、H)控制器算法、牛頓預(yù)測器算法、前饋復(fù)合控制器算法計(jì)算俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量和方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量，具體計(jì)算步驟如下: (1)讀取AD轉(zhuǎn)換模塊輸出的方位角誤差數(shù)據(jù)、俯仰角誤差數(shù)據(jù)，進(jìn)行位置環(huán)路PID運(yùn)算，得到俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量初值、方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量初值； (2)讀取方位角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)和俯仰角度解碼模塊輸出的天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)，用上述天線實(shí)時(shí)方位角數(shù)據(jù)加上AD轉(zhuǎn)換模塊輸出方位角誤差數(shù)據(jù)得到目標(biāo)方位角值，用天線實(shí)時(shí)俯仰角數(shù)據(jù)加上AD轉(zhuǎn)換模塊輸出俯仰角誤差數(shù)據(jù)得到目標(biāo)俯仰角值； (3)利用步驟(2)得到的目標(biāo)方位角值和目標(biāo)俯仰角值進(jìn)行H)控制器算法計(jì)算，得到的目標(biāo)方位角速度估計(jì)值和目標(biāo)俯仰角速度估計(jì)值； (4)利用當(dāng)前時(shí)刻利用步驟(3)得到的目標(biāo)方位角速度估計(jì)值和目標(biāo)俯仰角速度估計(jì)值，以及前兩個(gè)時(shí)刻利用步驟(3)得到的目標(biāo)方位角速度估計(jì)值和目標(biāo)俯仰角速度估計(jì)值，進(jìn)行牛頓預(yù)測器算法計(jì)算，完成目標(biāo)方位角速度和俯仰角速度的一步超前預(yù)測，得到下一時(shí)刻目標(biāo)方位角速度預(yù)測值和俯仰角速度預(yù)測值； (5)利用步驟(4)得到的目標(biāo)俯仰角速度預(yù)測值進(jìn)行俯仰前饋復(fù)合控制器算法計(jì)算，所述計(jì)算的輸出值加上步驟(I)得到的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量初值，得到俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量；利用步驟(4)得到的目標(biāo)方位角速度預(yù)測值進(jìn)行方位前饋復(fù)合控制器算法計(jì)算，所述計(jì)算的輸出值加上步驟(I)得到的方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量初值，得到方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高集成化高精度平板自跟蹤天線伺服控制系統(tǒng)，其特征在于:如果出現(xiàn)如下所列情況之一則停止計(jì)算，所述情況包括: a、接收機(jī)信號失鎖； b、接收機(jī)AGC電壓值低于門限； C、伺服控制系統(tǒng)工作模式切換。
【文檔編號】H01Q3/08GK104199465SQ201410339927
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】馬紀(jì)軍, 張雪, 賈軍, 趙書陽, 熊衛(wèi)紅, 馬楠, 賈建輝 申請人:北京遙測技術(shù)研究所, 航天長征火箭技術(shù)有限公司