基于加速度回路的天線(xiàn)隨動(dòng)系統控制器設計

摘要：為了解決天線(xiàn)隨動(dòng)系統所存在的振顫現象和全數字化實(shí)現等問(wèn)題，介紹了一種基于加速度回路的全數字化天線(xiàn)隨動(dòng)系統控制器，該系統以DSP芯片TMS320F2812為核心控制芯片，采用速率陀螺平臺穩定系統、數字PID控制算法和脈寬調制驅動(dòng)方式，通過(guò)引入加速度回路抑制系統的高頻振蕩，極大地改善了系統的穩定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)，具有極高的應用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：加速度回路；天線(xiàn)隨動(dòng)系統；平臺穩定系統；PID；脈寬調制

0 引言
隨動(dòng)系統亦稱(chēng)為伺服系統，其廣泛應用于衛星通信、自動(dòng)駕駛儀、天線(xiàn)位置控制、導彈和飛船的制導等各個(gè)領(lǐng)域。在導彈制導領(lǐng)域中，隨動(dòng)系統的應用極其重要，其涉及到目標準確跟蹤、制導精度、作戰性能等關(guān)鍵因素，隨動(dòng)系統控制器作為整個(gè)導彈制導系統的核心，其性能好壞直接影響著(zhù)系統的整體性能。
文獻提出導引頭隨動(dòng)控制系統設計方案，通過(guò)理論分析和仿真驗證表明，這種隨動(dòng)系統具有較好的搜索和跟蹤性能。但是，在實(shí)際應用中，由于高頻振蕩的存在，對隨動(dòng)系統的高跟蹤精度和整體性能影響較大。針對這種問(wèn)題，本文從天線(xiàn)隨動(dòng)系統的控制方案出發(fā)，以實(shí)現隨動(dòng)系統的快速動(dòng)態(tài)響應特性、高質(zhì)量的穩態(tài)精度和較強的非線(xiàn)性干擾能力為目的，通過(guò)仿真詳細分析了隨動(dòng)系統的各種功能特性。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，增加系統阻尼，在減小超調的同時(shí)，抑制尖峰干擾，極大地提高了天線(xiàn)隨動(dòng)系統的整體性能。

1 系統結構及工作原理
本系統設計采用內外雙框架結構，內框架為俯仰框架，外框架為方位框架。內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(shí)現天線(xiàn)的方位和俯仰運動(dòng)。系統結構如圖1所示。

控制系統由測角電位計、速率陀螺、A／D電路、DSP控制器、PWM功率驅動(dòng)電路、直流力矩電機構成。A／D電路將電位計和速率陀螺輸出的模擬信號轉換為數字信號，被動(dòng)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功率驅動(dòng)電路驅動(dòng)直流力矩電機，從而完成對天線(xiàn)的全數字化控制。

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