一种高集成化高精度平板自跟踪天线伺服控制系统

摘要

一种高集成化高精度平板自跟踪天线伺服控制系统包括监控计算机、伺服控制器、PWM驱动器、直流电机、测速机、传动机构、旋转变压器、平板天线、支撑转动机构；监控计算机接收工作状态，下发控制指令；伺服控制器接收监控计算机下发的控制指令，读取天线角位置信息和接收机角误差信息，完成位置环路闭环、跟踪环路闭环并输出模拟控制量至PWM驱动器；PWM驱动器完成速度环、电流环闭环驱动直流电机经过传动机构带动平板天线运转；平板天线接收高频遥测信号；传动机构、平板天线、支撑转动机构共同组成天线座；伺服控制器、PWM驱动器、直流电机、测速机和旋转变压器安装在天线座上，系统具有体积小、重量轻、功耗低、集成度高等优点。

主权项

一种高集成化高精度平板自跟踪天线伺服控制系统，其特征在于包括：监控计算机、伺服控制器、PWM驱动器、俯仰直流电机、方位直流电机、俯仰测速机、方位测速机、俯仰传动机构、方位传动机构、平板天线、俯仰旋转变压器、方位旋转变压器和支撑转动机构，其中：俯仰传动机构、方位传动机构、平板天线和支撑转动机构组成天线座，伺服控制器、PWM驱动器、俯仰直流电机、方位直流电机、俯仰测速机、方位测速机、俯仰旋转变压器和方位旋转变压器安装在天线座上，其中天线座转动部分包括俯仰传动机构、俯仰直流电机、俯仰测速机和平板天线；监控计算机：发送伺服控制系统工作模式指令、天线角位置指令到伺服控制器，并接收伺服控制器发送的伺服控制系统工作状态数据、天线状态数据，将所述伺服控制系统工作状态数据、天线状态数据进行显示；伺服控制器：包括网络模块、电源模块、处理器模块、方位角度解码模块、俯仰角度解码模块、AD转换模块、俯仰DA转换模块、方位DA转换模块，其中：网络模块：接收监控计算机发送的伺服控制系统工作模式指令、天线角位置指令，存储所述伺服控制系统工作模式指令、天线角位置指令并转发给处理器模块；接收处理器模块发送的伺服控制系统工作状态数据、天线状态数据，并存储所述伺服控制系统工作状态数据、天线状态数据，转发所述伺服控制系统工作状态数据、天线状态数据到监控计算机；电源模块：为伺服控制器中的各个模块供电；处理器模块：接收网络模块转发的来自监控计算机的伺服控制系统工作模式指令，在位置环路控制方式下，接收网络模块转发的来自监控计算机的天线角位置指令，所述天线角位置指令包括天线方位角指定值和天线俯仰角指定值，并读取方位角度解码模块输出的天线实时方位角数据和俯仰角度解码模块输出的天线实时俯仰角数据，计算得到方位角误差数据和俯仰角误差数据，其中方位角误差数据等于天线方位角指定值减去天线实时方位角数据，俯仰角误差数据等于天线俯仰角指定值减去天线实时俯仰角数据；根据方位角误差数据和俯仰角误差数据进行位置环路PID运算，得到俯仰转动速度控制量、方位转动速度控制量，将俯仰转动速度控制量发送到俯仰DA转换模块，并将方位转动速度控制量发送到方位DA转换模块；在跟踪环路控制方式下，接收AD转换模块输出的方位角误差数据、俯仰角误差数据、AGC电压数据、接收机锁定数据，并接收方位角度解码模块输出的天线实时方位角数据和俯仰角度解码模块输出的天线实时俯仰角数据，采用位置环路PID运算、PD控制器算法、牛顿预测器算法、前馈复合控制器算法计算俯仰转动速度控制量和方位转动速度控制量，将所述俯仰转动速度控制量发送到俯仰DA转换模块，将方位转动速度控制量发送到方位DA转换模块；同时，根据监控计算机发送的伺服控制系统工作模式指令发送俯仰使能信号和方位使能信号到PWM驱动器，并将伺服控制系统工作状态数据、天线状态数据发送到网络模块；俯仰角度解码模块：接收俯仰旋转变压器输出的正弦模拟信号1，从所述正弦模拟信号1中解调出天线实时俯仰角数据，输出给处理器模块；方位角度解码模块：接收方位旋转变压器输出的正弦模拟信号2，从所述正弦模拟信号2中解调出天线实时方位角数据，输出给处理器模块；AD转换模块：接收外部接收机输出的方位角误差电压模拟值、俯仰角误差电压模拟值、AGC电压值、接收机锁定信号，并进行模数转换，输出方位角误差数据、俯仰角误差数据、AGC电压数据和接收机锁定数据到处理器模块；俯仰DA转换模块：将处理器模块输出的俯仰转动速度控制量进行数模转换，输出俯仰转动速度控制模拟电压值到PWM驱动器；方位DA转换模块：将处理器模块输出的方位转动速度控制量进行数模转换，输出方位转动速度控制模拟电压值到PWM驱动器；PWM驱动器：接收俯仰DA转换模块输出的俯仰转动速度控制模拟电压值、方位DA转换模块输出的方位转动速度控制模拟电压值、处理器模块输出的俯仰使能信号和方位使能信号，以及俯仰测速机输出的俯仰直流电机实时转动速度测量值和方位测速机输出的方位直流电机实时转动速度测量值，根据所述接收数据完成速度环路闭环、电流环路闭环，输出俯仰驱动电流到俯仰直流电机，输出方位驱动电流到方位直流电机，驱动俯仰直流电机经俯仰传动机构带动平板天线转动，驱动方位直流电机经方位传动机构带动天线座转动部分转动；俯仰直流电机：接收PWM驱动器发送的俯仰驱动电流，将电能转化为机械能进行转动，并经俯仰传动机构带动平板天线在俯仰角方向转动；方位直流电机：接收PWM驱动器发送的方位驱动电流，将电能转化为机械能进行转动，并经方位传动机构带动天线座转动部分在方位角方向转动；俯仰传动机构：将俯仰直流电机输出力矩放大N1倍，并将俯仰直流电机的旋转运动转换为直线运动，以驱动平板天线在俯仰方向上以俯仰电机输出转速的1/N1倍运转；方位传动机构：将方位直流电机输出力矩放大N2倍，驱动天线座转动部分在方位方向上以方位电机输出转速的1/N2倍运转；俯仰测速机：对俯仰直流电机的转动速度进行实时测量，并将所述速度测量值输出给PWM驱动器；方位测速机：对方位直流电机的转动速度进行实时测量，并将所述速度测量值输出给PWM驱动器；平板天线：在俯仰传动机构的带动下实现俯仰方向转动，并随着天线座转动部分在方位转动机构的带动下实现方位角方向转动，用于接收遥测信号，上述遥测信号经外部下变频器变频后输出中频遥测信号到外部接收机，外部接收机对所述中频遥测信号处理得到方位角误差电压模拟值、俯仰角误差电压模拟值；俯仰旋转变压器：测量平板天线在俯仰传动结构带动下的转动角度，将上述角度调制到正弦模拟信号1上，并将正弦模拟信号1发送到伺服控制器的俯仰角度解码模块；方位旋转变压器：测量天线座转动部分的转动角度，将上述角度调制到正弦模拟信号2上，并将所述模拟信号2发送到伺服控制器的方位角度解码模块；支撑转动机构作为机械件实现天线座机械安装。