車載天線伺服控制系統(tǒng)研究.pdf

1、車載天線伺服控制系統(tǒng)是為我國部隊適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要，提高部隊裝備現(xiàn)代化水平而研制生產(chǎn)的專用裝備，具有體積小、強機動性、強抗風(fēng)性等特點，可以安裝在環(huán)境惡劣的野外戰(zhàn)地，操作人員可通過該系統(tǒng)所提供的各種手段，快速、高效地完成對目標的跟蹤、鎖定、實施強電子干擾等作戰(zhàn)任務(wù)。 本課題所研究的車載天線伺服控制系統(tǒng)是一個精度要求較高的非線性系統(tǒng)，而且存在一些不確定因素的影響。確立影響精度的非線性因素，采用一定的控制方法來實現(xiàn)精確控制是本課題研

2、究的目的。研究本課題的理論意義以及實用價值在于車載天線伺服控制系統(tǒng)項目的研究不僅對陸、空軍后勤裝備有著實際意義，而且還可以很方便地經(jīng)改裝后，拓展到公安、消防、防汛、電力、野外勘探等行業(yè)，提高這些行業(yè)處理突發(fā)事件的指揮調(diào)度能力，具有軍民兩用的效能。 本文以車載天線伺服系統(tǒng)的研制為背景，設(shè)計了系統(tǒng)總體方案，考慮到本系統(tǒng)安裝于車輛上，故其體積及重量是考慮的重要因素，同時還得保證系統(tǒng)的可靠性。因此最終選取了比較成熟的轉(zhuǎn)臺式方位俯仰型結(jié)構(gòu)

3、天線座。轉(zhuǎn)臺式天線座承載能力大，剛度好，精度高，可以省略粗大的中心軸，并可將方位大齒圈和軸承座做成一體。在軸承中間可以讓出較大的空間安裝其它部件，使結(jié)構(gòu)布置更加緊湊，更加合理。這種天線座軸向尺寸小，降低了轉(zhuǎn)動部分的重心，增強了天線座的穩(wěn)定性?？紤]到ARM7CPU具有對C/C++100％的支持，并且目前有不少運行在ARM7上的操作系統(tǒng)，很方便大型應(yīng)用軟件的實現(xiàn)，本系統(tǒng)使用Philips公司的以ARM7為核心的CPU LPC2292，利用A

4、RM處理器來完成系統(tǒng)的控制。電機系統(tǒng)選用Kollmogen公司的GOLDLINE系列交流變頻永磁同步電動機及其配套的新型SERVOSTAR CD系列功率放大模塊,并進行了具體工程實現(xiàn)。同時，由于天線伺服系統(tǒng)中的非線性因素對系統(tǒng)的跟蹤精度影響很大，如何有效的避免和減小非線性因素的影響是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。因此，文中對于天線伺服系統(tǒng)中存在著的非線性現(xiàn)象，尤其是齒隙非線性現(xiàn)象進行了深入的研究，本文從系統(tǒng)的機理來建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，主要利用描述函數(shù)

5、法來表示齒隙模型，以便進行深入的分析。在對齒隙特性研究后本文設(shè)計了多齒輪聯(lián)動消隙控制以及利用描述函數(shù)法設(shè)計的消除齒隙控制器。徹底消除齒隙的一種很有效的方法是采用多電機聯(lián)動電消隙控制方案，這是一種很實用的工程消隙方法。消隙的基本思想是先給兩個電機施加大小相同、方向相反的力矩，對于整個系統(tǒng)來說，這兩個力矩作用的合力矩為零。 而分開看兩個電機，由于偏置力矩的作用，使得兩個小齒輪分別貼向大齒輪的兩個相反的嚙合面，使大齒輪在朝一個方向運行

6、時不能在齒輪的齒隙內(nèi)來回游動。 這樣就保證兩個電機在任何情況下至少有一個電機齒輪與輸出齒輪相嚙合，運行過程中始終沒有齒隙。消齒控制器是利用描述函數(shù)法設(shè)計一個系數(shù)可調(diào)的定常反饋和定常反饋增益系統(tǒng)，通過選擇合適的反饋系數(shù)來減小齒隙的影響，滿足控制精度。 仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)中引入齒隙干擾的情況下，速度響應(yīng)明顯失真，基本無法跟蹤并且造成相位偏差。當加入消隙控制器后，可以對比看出，使用定常反饋設(shè)計的消隙控制器，明顯可以減小齒隙對系