船載通信天線(xiàn)系統的抗擾亂設計

　　2.2 控制實(shí)現

　　天線(xiàn)跟蹤設備的三軸穩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(dòng)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;K2W2為速度回路閉環(huán)傳遞函數，F(S)為補償通道傳遞函數，系統傳遞函數為：

　　由式(8)可知：回路跟隨能力是由項

決定，而船搖擾動(dòng)消除能力由項

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

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

　　實(shí)際使用中，合理選擇前饋補償系數，使前饋回路最大化的消除當前擾動(dòng)，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(shí)現高精度跟蹤。因此，前饋回路起到粗調節的作用，而位置跟蹤回路則可稱(chēng)為精調節。

　　2.3 工程應用

　　2.3.1 安裝與測量

　　采用3個(gè)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(kāi)環(huán)補償。

　　俯仰陀螺安裝在方位轉臺上，敏感軸與天線(xiàn)的俯仰軸平行，陀螺隨方位軸運動(dòng)，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(jìn)行開(kāi)環(huán)前饋補償。

　　分析橫傾軸的擾動(dòng)(式(3))和方位軸的擾動(dòng)(式(4))，無(wú)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，根據俯仰角E用數學(xué)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(dòng))，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(pán)上(隨方位軸轉動(dòng))，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(xiàn)控制系統采用抗擾動(dòng)設計。在海上進(jìn)行搖擺實(shí)驗，在典型海況參數(搖擺振幅±6°，搖擺周期12s)下。天線(xiàn)指向衛星自跟蹤，轉動(dòng)船的航向，使船升搖時(shí)測量俯仰軸的船搖隔離度。這時(shí)天線(xiàn)方位角轉至90°或270°;測量橫傾軸的船搖隔離度，使天線(xiàn)方位角轉至0°或180°。隔離度測試結果如圖 3所示。圖中，曲線(xiàn)系列1表示加前饋跟蹤數據;曲線(xiàn)系列2表示無(wú)前饋跟蹤數據。測試結果為：船搖隔離度為46.4 dB;跟蹤精度為0.031°。由以上數據分析，可以得出開(kāi)環(huán)補償方案完全滿(mǎn)足系統設計的性能指標要求。

　　3 結束語(yǔ)

　　前饋補償并未改變原閉環(huán)系統的極點(diǎn)和閉環(huán)零點(diǎn)。因此，不會(huì )影響系統的伺服帶寬和穩定性。工程使用時(shí)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(shí)，簡(jiǎn)化系統、提高設備的可靠性和使用壽命，實(shí)際使用效果顯著(zhù)。