船載通信天線系統(tǒng)的抗擾亂設計及應用

　　天線跟蹤設備的三軸穩(wěn)定控制采用測速機作為速度反饋，編碼器作為位置反饋，并將船搖擾動經(jīng)速率陀螺檢測前饋于速度回路。工作原理框圖如圖2所示。

　　圖2中，K1W1為位置回路校正控制傳遞函數(shù);K2W2為速度回路閉環(huán)傳遞函數(shù)，F(xiàn)(S)為補償通道傳遞函數(shù)，系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：

　　由式(8)可知：回路跟隨能力是由項

決定，而船搖擾動消除能力由項

決定。從第二項可以看出消除船搖擾動的電機驅動角速度量由兩部分組成，一是慣性空間中視軸被擾動的當前角速度(目標靜止)。二是由補償回路給出的當前時刻擾動量通過速度回路給出的電機驅動角速度。

　　依據(jù)完全不變性原理，當(1+F(S)K2W2)ωf，即F(s)=-1/K2W2時，實現(xiàn)對船搖擾動的完全隔離，即滿足這個條件時，不論擾動量ωf為多大，對輸出無影響?？墒?，速度回路K2W2中含有積分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、二階環(huán)節(jié)，如果要實現(xiàn)完全的不變性，必然F(S)中要具有許多個微分環(huán)節(jié)，這樣 F(S)的輸出將充滿噪聲，使系統(tǒng)根本無法工作。但是實現(xiàn)局部的不變性是可能的。即用低階微分代替高階微分，并使其系數(shù)滿足某種條件，從而滿足系統(tǒng)精度的要求。

　　實際使用中，合理選擇前饋補償系數(shù)，使前饋回路最大化的消除當前擾動，在此基礎上結合環(huán)路的跟隨能力，有效的消除視軸的偏差，實現(xiàn)高精度跟蹤。因此，前饋回路起到粗調節(jié)的作用，而位置跟蹤回路則可稱為精調節(jié)。

　　2.3 工程應用

　　2.3.1 安裝與測量

　　采用3個速率陀螺測量出因船體搖擺引起的附加在方位軸、橫傾軸和俯仰軸方向的速度，用于開環(huán)補償。

　　俯仰陀螺安裝在方位轉臺上，敏感軸與天線的俯仰軸平行，陀螺隨方位軸運動，敏感不到方位軸的旋轉、俯仰軸的旋轉、船體的航向速率等，它敏感的是船體的橫搖、縱搖速率，如式(2)所示，可直接對俯仰軸進行開環(huán)前饋補償。

　　分析橫傾軸的擾動(式(3))和方位軸的擾動(式(4))，無法用一只陀螺直接測量到，可用間接的方法獲得。用2只陀螺分別測量cosAωy+s- inAωp和ωh，根據(jù)俯仰角E用數(shù)學的方法得到式(3)和式(4)。這樣，測量ωh分量的速率陀螺安裝在方位底座(不隨方位軸轉動)，其敏感軸與方位軸平行，輸出主要為船體的航向速率信息。測量cosAωy+sinAωp分量的速率陀螺安裝在方位轉盤上(隨方位軸轉動)，其敏感軸與橫傾軸平行。

　　2.3.2 測試與分析

　　某船載三軸天線控制系統(tǒng)采用抗擾動設計。在海上進行搖擺實驗，在典型海況參數(shù)(搖擺振幅±6°，搖擺周期12s)下。天線指向衛(wèi)星自跟蹤，轉動船的航向，使船升搖時測量俯仰軸的船搖隔離度。這時天線方位角轉至90°或270°;測量橫傾軸的船搖隔離度，使天線方位角轉至0°或180°。隔離度測試結果如圖 3所示。圖中，曲線系列1表示加前饋跟蹤數(shù)據(jù);曲線系列2表示無前饋跟蹤數(shù)據(jù)。測試結果為：船搖隔離度為46.4 dB;跟蹤精度為0.031°。由以上數(shù)據(jù)分析，可以得出開環(huán)補償方案完全滿足系統(tǒng)設計的性能指標要求。

　　3 結束語

　　前饋補償并未改變原閉環(huán)系統(tǒng)的極點和閉環(huán)零點。因此，不會影響系統(tǒng)的伺服帶寬和穩(wěn)定性。工程使用時融合了前饋補償和反饋控制的應用，在保證功能、性能的同時，簡化系統(tǒng)、提高設備的可靠性和使用壽命，實際使用效果顯著。