伺服控制系統(tǒng)設計 - 地海雜波測試控制平臺的設計

　　3.1 伺服控制原理

　　地海雜波測試控制平臺由兩副天線，天線座，伺服控制系統(tǒng)組成。兩幅天線采用獨立天線座，左右并排放置，兩幅天線的轉動可以獨立控制。伺服控制原理框圖，如圖4所示。驅動鏈采用一級渦輪渦桿傳動，使其具有自鎖功能，以阻止由于風負載使天線轉動。采用步進電機驅動(配套驅動器)的驅動方式，旋轉變壓器軸角傳感器;12位RDC模塊的軸角編碼;軸角及狀態(tài)參數(shù)顯示采用液晶顯示，專用控制計算機PC-104及配套卡。計算機采集到軸角數(shù)據(jù)并送給顯示屏，通過鍵盤實現(xiàn)對天線方位，俯仰的轉動控制。伺服控制系統(tǒng)接收中心計算機的遠程控制信息以及向中心計算機傳送相關的參數(shù)信息，并接收限位信息，實現(xiàn)對天線的限位保護。限位保護采用電限位方式，在俯仰上安裝上、下限位開關，在方位上安裝左、右開關，以實現(xiàn)對天線的限位保護。

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　　3.2 伺服控制系統(tǒng)實現(xiàn)

　　中心控制芯片采用單片機C8051F020，該單片機具有集成度高，功能多的優(yōu)點，廣泛應用于控制電路。圖5所示為單片機與PC104的串行接口原理圖，PC104的串行口與電平轉換器接口連接，信號輸入輸出通過電平轉換器片與單片機串口連接。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，PC 104與單片機之間使用了高速光耦元件6N137，將CPU與通信接口隔離，防止串入式干擾。

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　　本系統(tǒng)中的RDC模塊采用AD2S80，可以實現(xiàn)10、12、14、16位4種不同的分辨率，通過SC1和SC2引腳進行選擇。綜合考慮轉換精度和跟蹤速率，本系統(tǒng)中選擇了12位的分辨率。在工作時，旋轉變壓器產生的正弦和余弦信號分別接入對應的正弦輸入和余弦輸入引腳，轉換得到的12位的數(shù)字信息直接傳送給中心控制芯片。AD2S8OA及其外圍電路如圖6所示。

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　　4 性能指標及工作原理

　　4.1 性能指標

　　天線轉動范圍為俯仰：-13°～90°，方位：±170°;天線轉動方式為自動電控;波束指向精度為俯仰：±0.1°，方位：±0.1°;限位保護具有限位保護功能。接口為伺服控制計算機傳送相關參數(shù)信息，該接口采用RS232串口。

　　4.2 工作原理

　　根據(jù)測定范圍的要求，確定天線指向的變化，伺服控制系統(tǒng)的主要任務是確保天線指向的穩(wěn)定性，同時通過改變天線的俯角和仰角實時的檢測雜波信號。由于雜波信號的不確定性，準確穩(wěn)定的確定天線的指向至關重要，因此控制系統(tǒng)中有兩個閉環(huán)回路：俯仰控制環(huán)路和方位控制環(huán)路。

　　在俯仰控制環(huán)路中，引入了水平基準。水平基準對俯仰方向的傾斜角非常敏感，從而確保與俯仰軸成垂直關系，進一步提高了俯仰控制的準確性，實現(xiàn)俯仰指令角的定向控制。

　　在方位控制環(huán)路中，引入方位基準。方位基準對天線平臺的方位非常敏感，從而實現(xiàn)方位指令角的定向控制。根據(jù)本系統(tǒng)的要求，伺服控制設備要具有自動定位目標范圍的功能，該任務由計算機控制完成。將俯仰角和方位角輸入計算機，計算機根據(jù)輸入?yún)?shù)從而確定天線的指向。

　　5 指向精度分析

　　在系統(tǒng)測試過程中發(fā)現(xiàn)由于制作工藝，伺服系統(tǒng)的固有誤差造成指向精度發(fā)生偏差，主要誤差源及數(shù)值通過測試得出，如表1所示。

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　　由表1可知總指向誤差(均方根值)：

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　　按方位、俯仰等誤差計算，得波束指向精度

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　　通過對總指向誤差，波束指向精度等相關參數(shù)的測試與計算，誤差值在可控誤差的范圍內，系統(tǒng)符合使用要求。

　　6 結論

　　文中采用偏置拋物面天線，伺服控制系統(tǒng)設計了地海雜波測試控制平臺，實現(xiàn)了復雜情況下，地海雜波的檢測，對消除或者減小雜波的影響，提高雷達的抗干擾能力提供了依據(jù)。該平臺提高了工作的時效性，它的推廣應用具有較為重要的意義。