基于加速度回路的天線隨動系統(tǒng)控制器設計

摘要：為了解決天線隨動系統(tǒng)所存在的振顫現(xiàn)象和全數(shù)字化實現(xiàn)等問題，介紹了一種基于加速度回路的全數(shù)字化天線隨動系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)以DSP芯片TMS320F2812為核心控制芯片，采用速率陀螺平臺穩(wěn)定系統(tǒng)、數(shù)字PID控制算法和脈寬調(diào)制驅(qū)動方式，通過引入加速度回路抑制系統(tǒng)的高頻振蕩，極大地改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)品質(zhì)，具有極高的應用價值。
關鍵詞：加速度回路；天線隨動系統(tǒng)；平臺穩(wěn)定系統(tǒng)；PID；脈寬調(diào)制

0 引言
隨動系統(tǒng)亦稱為伺服系統(tǒng)，其廣泛應用于衛(wèi)星通信、自動駕駛儀、天線位置控制、導彈和飛船的制導等各個領域。在導彈制導領域中，隨動系統(tǒng)的應用極其重要，其涉及到目標準確跟蹤、制導精度、作戰(zhàn)性能等關鍵因素，隨動系統(tǒng)控制器作為整個導彈制導系統(tǒng)的核心，其性能好壞直接影響著系統(tǒng)的整體性能。
文獻提出導引頭隨動控制系統(tǒng)設計方案，通過理論分析和仿真驗證表明，這種隨動系統(tǒng)具有較好的搜索和跟蹤性能。但是，在實際應用中，由于高頻振蕩的存在，對隨動系統(tǒng)的高跟蹤精度和整體性能影響較大。針對這種問題，本文從天線隨動系統(tǒng)的控制方案出發(fā)，以實現(xiàn)隨動系統(tǒng)的快速動態(tài)響應特性、高質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)精度和較強的非線性干擾能力為目的，通過仿真詳細分析了隨動系統(tǒng)的各種功能特性。巧用速度微分即加速度負反饋的方法，引入加速度反饋回路，增加系統(tǒng)阻尼，在減小超調(diào)的同時，抑制尖峰干擾，極大地提高了天線隨動系統(tǒng)的整體性能。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
本系統(tǒng)設計采用內(nèi)外雙框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)框架為俯仰框架，外框架為方位框架。內(nèi)外框架均安裝有直流力矩電機、測角電位計和速率陀螺，由它們共同實現(xiàn)天線的方位和俯仰運動。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

控制系統(tǒng)由測角電位計、速率陀螺、A／D電路、DSP控制器、PWM功率驅(qū)動電路、直流力矩電機構(gòu)成。A／D電路將電位計和速率陀螺輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，被動雷達接收機作為測角裝置給出誤差角度信號，在DSP控制器中完成PID控制算法，并給出PWM信號，再經(jīng)PWM功率驅(qū)動電路驅(qū)動直流力矩電機，從而完成對天線的全數(shù)字化控制。

2 系統(tǒng)設計與仿真
2．1 系統(tǒng)控制原理框圖
本系統(tǒng)所采用的是速率陀螺穩(wěn)定平臺式天線隨動跟蹤系統(tǒng)方案，從原理上說，可稱為“平臺式隨動系統(tǒng)”，它既能隔離載體角運動對天線電軸的鉸鏈，又能使天線電軸快速準確地跟蹤視線，并且當被動雷達接收機停止工作時，天線電軸能保持在導航坐標系總的指向穩(wěn)定不變。該方案的控制原理框圖以及各個角度之間的關系如圖2所示。