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(guó)部隊(duì)適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，提高部隊(duì)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(qiáng)機(jī)動(dòng)性、強(qiáng)抗風(fēng)性等特點(diǎn)，可以安裝在環(huán)境惡劣的野外戰(zhàn)地，操作人員可通過(guò)該系統(tǒng)所提供的各種手段，快速、高效地完成對(duì)目標(biāo)的跟蹤、鎖定、實(shí)施強(qiáng)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(gè)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(lái)實(shí)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(shí)用價(jià)值在于車載天線伺服控制系統(tǒng)項(xiàng)目的研究不僅對(duì)陸、空軍后勤裝備有著實(shí)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(jì)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(shí)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(tái)式方位俯仰型結(jié)構(gòu)

3、天線座。轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)部分的重心，增強(qiáng)了天線座的穩(wěn)定性?？紤]到ARM7CPU具有對(duì)C/C++100％的支持，并且目前有不少運(yùn)行在ARM7上的操作系統(tǒng)，很方便大型應(yīng)用軟件的實(shí)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(lái)完成系統(tǒng)的控制。電機(jī)系統(tǒng)選用Kollmogen公司的GOLDLINE系列交流變頻永磁同步電動(dòng)機(jī)及其配套的新型SERVOSTAR CD系列功率放大模塊,并進(jìn)行了具體工程實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于天線伺服系統(tǒng)中的非線性因素對(duì)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(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。因此，文中對(duì)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(jìn)行了深入的研究，本文從系統(tǒng)的機(jī)理來(lái)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，主要利用描述函數(shù)

5、法來(lái)表示齒隙模型，以便進(jìn)行深入的分析。在對(duì)齒隙特性研究后本文設(shè)計(jì)了多齒輪聯(lián)動(dòng)消隙控制以及利用描述函數(shù)法設(shè)計(jì)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(jī)聯(lián)動(dòng)電消隙控制方案，這是一種很實(shí)用的工程消隙方法。消隙的基本思想是先給兩個(gè)電機(jī)施加大小相同、方向相反的力矩，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)力矩作用的合力矩為零。 而分開看兩個(gè)電機(jī)，由于偏置力矩的作用，使得兩個(gè)小齒輪分別貼向大齒輪的兩個(gè)相反的嚙合面，使大齒輪在朝一個(gè)方向運(yùn)行

6、時(shí)不能在齒輪的齒隙內(nèi)來(lái)回游動(dòng)。 這樣就保證兩個(gè)電機(jī)在任何情況下至少有一個(gè)電機(jī)齒輪與輸出齒輪相嚙合，運(yùn)行過(guò)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(jì)一個(gè)系數(shù)可調(diào)的定常反饋和定常反饋增益系統(tǒng)，通過(guò)選擇合適的反饋系數(shù)來(lái)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(wú)法跟蹤并且造成相位偏差。當(dāng)加入消隙控制器后，可以對(duì)比看出，使用定常反饋設(shè)計(jì)的消隙控制器，明顯可以減小齒隙對(duì)系