天气雷达天线伺服控制系统研究
气象雷达数字交流伺服系统
２系统的硬件组成 ． 根据技术要求 ， 天线须有多种扫 描模式以适应 不同的气象条件观测 需要 ， 且实际应用中还要根据用户要 求加以变动 。以 Ｐ ４作为伺服系 Ｃ１ ０ 统的控制中心模块 ， 各种扫描方式均 用软件实现 ， 大大 提高控制 的 灵活 性 ， 有操 作方 便 、控 制精 度高 、 具 易于实 现复 杂的控制 功能 等特 点 。 伺分 服机 转 台 本系统 的基本框图如图 １所示 。 圈】 服 统 图 伺 系 框 系统从结构上分 为伺服分机和天线座两部分 。伺 服分 机由 ： 伺服控制板 、Ｒ／Ｄ 变换板 、低压 电源 、伺服 驱动器 、本地控 制显示面板等组成 ； 天线座 由：伺服 电机 、旋转变压器 、限位开 关 、汇流环 、减速 器等部分组 成。 ｆＭ 分机收到监 控系统送 来 ａＥ 的控制指令 ， 驱动天线按指定的方式扫描 ， 出天线的实时位置（ 送 方 位 、俯仰 、转速） 信号 ， 完成故障 自检 等功能。下面介绍 各主要 部分功能 。 伺服控制板 ： 伺服控制板是伺服系统的主控制板 ， 天线的运行 、 便 。 以及各种功能 的实现由控制板内的 Ｃ Ｕ统一控制。伺服控制板接 Ｐ 旋转变压器 ： 检测方位主轴和俯仰 主
PID雷达天线控制系统
自动控制理论课程设计报告研究课题PID雷达天线控制系统学院专业班级姓名学号年月PID雷达天线控制系统摘要：这篇文章是把PID调节器运用于雷达位置伺服系统，使其跟踪能力和迅速反应能力得到改善。
采用校正数字PID 控制器作为控制器，通过Matlab 仿真对校正 PID 控制雷达天线系统响应曲线进行分析，结果表明，基于校正 PID 控制的雷达天线系统响应时间短，满足了雷达天线对控制性能的要求。
关键词：PID 控制；雷达天线系统。
PID radar antenna control systemAbstract:This article is to put PID adjustor into the radar servo system, and improve the tracking ability and rapid response ability.we choose the digital PID controller as controller.Through the simulation of Matlab to design of the calibration PID control radarantenna system and analyse the radar antenna system calibration PID response curve. Results show that based on the calibration of the PID control system of the radarantenna short response time meet the radar antenna to control performance requirements.Key words: P ID adjustor ; Radar antenna system.1.引言：在自动控制系统中，要提高系统的静态精度，增大放大倍数，但系统增大放大倍数后，由于系统中惯性的影响，容易使系统发生振荡，因此，提高放大倍数，减小静态误差和提高系统稳定性便成了一对主要矛盾。
雷达天线伺服控制系统要点
概述用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
又称随动系统。
在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。
伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
它是由若干元件和部件组成的并具有功率放大作用的一种自动控制系统。
位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指令位置是随机变化的，并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向，及时准确地跟随指令位置的变化。
位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。
随着工程技术的发展，出现了各种类型的位置随动系统。
由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，并成功应用在雷达天线。
伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。
此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。
通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。
因此可根据这个特征将它划分为两个类型，一类是模拟式随动系统，另一类是数字式随动系统。
本设计——雷达天线伺服控制系统实际上就是随动系统在雷达天线上的应用。
系统的原理图如图1-1所示。
1 雷达天线伺服控制系统结构及工作原理图1-1 雷达天线伺服控制系统原理图系统的结构组成从图1-1可以看出本系统是一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的跟踪控制，由以下几个部分组成：位置检测器、电压比较放大器、可逆功率放大器、执行机构。
以上四部分是该系统的基本组成，在所采用的具体元件或装置上，可采用不同的位置检测器，直流或交流伺服机构等等。
现在对系统的组成进行分析：1、受控对象：雷达天线2、被控量：角位置m θ。
3、干扰：主要是负载变化（f 及L T ）。
4、给定值：指令转角*m θ。
5、传感器：由电位器测量m θ、*m θ，并转化为U 、*U 。
雷达天线伺服控制系统讲解
概述用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
又称随动系统。
在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。
伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
它是由若干元件和部件组成的并具有功率放大作用的一种自动控制系统。
位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指令位置是随机变化的，并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向，及时准确地跟随指令位置的变化。
位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。
随着工程技术的发展，出现了各种类型的位置随动系统。
由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，并成功应用在雷达天线。
伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。
此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。
通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。
因此可根据这个特征将它划分为两个类型，一类是模拟式随动系统，另一类是数字式随动系统。
本设计——雷达天线伺服控制系统实际上就是随动系统在雷达天线上的应用。
系统的原理图如图1-1所示。
1 雷达天线伺服控制系统结构及工作原理图1-1 雷达天线伺服控制系统原理图1.2 系统的结构组成从图1-1可以看出本系统是一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的跟踪控制，由以下几个部分组成：位置检测器、电压比较放大器、可逆功率放大器、执行机构。
以上四部分是该系统的基本组成，在所采用的具体元件或装置上，可采用不同的位置检测器，直流或交流伺服机构等等。
现在对系统的组成进行分析：1、受控对象：雷达天线2、被控量：角位置m θ。
3、干扰：主要是负载变化（f 及L T ）。
4、给定值：指令转角*m θ。
5、传感器：由电位器测量m θ、*m θ，并转化为U 、*U 。
雷达伺服系统多电机速度同步和防滑设计探讨
雷达伺服系统多电机速度同步和防滑设计探讨摘要：雷达伺服系统是一种由电机驱动的位置控制系统，在雷达跟踪过程中，需要对伺服系统的跟踪精度、跟踪速度和稳定度等指标进行控制。
由于雷达伺服系统通常采用多个电机驱动，而且需要同时对多个目标进行跟踪，所以对雷达伺服系统的多电机速度同步和防滑设计提出了较高的要求。
目前，很多雷达伺服系统中采用了多种控制方法，如速度同步控制、PID控制等，这些方法都是从提高整个雷达伺服系统的精度和稳定性角度出发。
本文将重点从提高单个电机的调速精度、减少单个电机速度同步误差以及减少多个电机的速度不同步误差三个方面探讨多电机速度同步和防滑设计。
关键词：雷达伺服系统；多电机速度同步；防滑设计雷达伺服系统是一种用于跟踪和测量目标的电子设备。
它通过控制雷达天线和其他设备上的电机，使这些电机按照特定的信号速度同步运行，从而实现对目标的精确跟踪和测量。
在雷达伺服系统中，多电机速度同步和防滑设计是至关重要的。
如果这些设计不佳，可能会导致雷达伺服系统出现抖动、漂移等问题，影响其性能和精度。
1.同步控制技术多电机同步控制，是指在同一时刻，多个电机的转速保持同步，即各个电机的转速为同一时刻。
同步控制技术主要有基于PID的同步控制、基于自学习PID的同步控制以及基于模糊逻辑的同步控制等。
基于PID的同步控制主要有双速电动机同步控制和无极速度调节器的无速度传感器PID同步控制等；基于自学习PID的同步控制主要有自适应自调整PID、自适应比例-积分-微分（PID-derivative）、自适应调节比例-积分-微分（PID-derivative）等；基于模糊逻辑的同步控制主要有模糊自调整PID、模糊自调整比例-积分-微分（PID-derivative）等；基于模糊逻辑的同步控制主要有模糊自适应PID、模糊自适应比例-积分-微分（PID-derivative）、模糊自适应调节比例-积分-微分（PID-derivative）等。
S波段天气雷达天线信号遮挡影响分析
S波段天气雷达天线信号遮挡影响分析摘要:天线是天气雷达系统的重要组成部分｡。
但由于是自动化程度高的气象仪器，所以难免会在运行中出现天线故障。
本文提出了避雷针对天气雷达天线信号的影响分析,论述了其遮挡天线性能分析及计算方法｡描述了天线测试原理和方法程序,给出了影响天线的实测数据结果｡关键词:避雷针;S波段天气雷达系统;天线1避雷针对天气雷达系统天线影响与分析1.1避雷针的特性和天线主要技术指标天气雷达系统分布在全国的各个地区,避雷针主要目的是保证天气雷达系统在大功率状态下正常的工作,雷电对其不造成损坏｡避雷针具有覆盖面积大,泄放雷电能力强,减弱引下线出现的大电流而形成的感应过电电压特点｡避雷针信号传输部分是由金属导体,导线,避雷接线盒等部分组成,无论是加工还是安装,都有较高的要求｡所以天气雷达系统中每个器件都需特殊处理,尤其是天线部分,它是天气雷达系统关键的微波发射和接收设备｡天气雷达在工作状态时需要连续转动和不间断的发射和接收信号,天线每旋转一周有四次遇到避雷针,所以避雷针的影响是非常重要的｡1.2避雷针的选择和影响(1)避雷针形式选择｡一般选择为圆柱型钢结构材料外侧加入保护层(比如玻璃钢或塑料)｡由于天气雷达系统为大功率传输设备,依据雷达设备波长的要求,选定直径越小的避雷针对天气雷达系统影响越小｡(2)避雷针高度选择｡从天气雷达系统实际情况分析,一定要高于整个雷达系统,使其发挥最大的避雷效果,因天气雷达系统天线方位在0~360°旋转,俯仰在0~90°旋转,避雷针全部都是垂直放置的,允许垂直偏差在千分之三,所以避雷针的垂直度对天线方位方向图的指标影响较大｡(3)避雷针的强度设计｡在高度合适的情况下在工作中要有一定的强度和韧性,防止天气雷达系统因避雷针强度不够被风吹折弯增大对天线信号遮挡面积,起不到避雷作用时,导致雷停机及火灾等情况出现｡1.3避雷针对天线信号影响仿真计算依据以上特点原则,分析了雷达站两种常用尺寸避雷针对S波段天气雷达系统天线的影响,做出了仿真模型｡图1为天气雷达系统天线前方避雷针为直径140mm时天线方向图仿真结果｡图1避雷针直径d=140mm天线方向图仿真结果1.4天线性能仿真计算天线旁瓣的估算:天线旁瓣的设计目标为D/λ≥50,其旁瓣峰值包络至少90%满足以下的包络线:利用下式计算:G(θ)=29-25log(θ)(1)式中:θ为天线旁瓣角度;λ为工作波长;D为天线口径｡(1≤θ≤20!)利用式(1)可计算频率为2.7~3.0GHz时,天线雷达系统S波段8.5m天线的旁瓣电平,计算可得天线旁瓣在2°时为大于21.47dB｡满足天线设计技术指标要求｡2天线实际测量原理和方法这里介绍天气雷达系统天线增益和旁瓣测量原理和方法｡图2天气雷达系统天线增益和旁瓣测量的原理图利用频谱分析仪测量天气雷达系统天线增益和旁瓣测量原理方法是:首先按照图5所示,建立天气雷达系统天线测试系统,系统加电预热使系统仪器设备工作正常,连接天线与频谱仪的数据传输电缆合理设置频谱分析仪的状态参数,再将待测天线与发射源天线极化匹配;然后,开始转到待测天线伺服控制系统,利用频谱分析仪可直接测量出旁瓣电平如图3所示,利用方向图测试数据,根据公式:推算出天线增益,打印输出测量结果｡式中:G为天线增益;θ3AZ为天线方位波束宽度;θ3EL为天线俯仰波束宽度｡利用式(2)可计算频率为2.7~3.0GHz时,方位和俯仰波束宽度分别为0.99°时天线雷达系统S波段8.5m天线的增益,计算可得45.53dB｡满足天线设计技术指标要求｡图3S波段天气雷达系统天线实测结果3日常管护工作3.1天线座的清洁检查和维护天线座外部表层部件的清洗要选用合适的非碱性清洗剂｡不可使用含水或水成分的清洗液对内部元器件进行清洗,滑环等部位的清洗可选用电子清洁剂｡检查各接线板用于传输信号的电缆插头接触处是否有松动或油污侵蚀等其他异常情况｡密切关注运动部件处电缆的磨损状况,检查波导旋转关节和拨叉的磨损,是否因运转过度已经松动,旋转关节转盘间隙是否回差大｡天线座体外是否有积油,主要是因为俯仰箱两侧大齿轮和轴承在长期运行时润滑脂受到齿轮的积压和高温老化,变成稀释的润滑油流下致使天线座的外表积油后变黄,此时要用清洁剂或漆料进行清洗｡4结束语本文以S波段天气雷达天线为例,仿真测试出两种常用避雷针对天气雷达天线增益和旁瓣的影响数据,对比分析出结果满足天线技术指标要求｡对天气雷达系统以后的设计与测量提供重要参考依据｡在实际工作过程中,操作人员要熟练掌握可能出现的各种故障和天线系统的构成与运行原理,特别是在零部件老化后故障的出现频率会增高,所以要进行适时的零件更换和保养｡S波段天气雷达的使用寿命延长和高效运转离不开每一位气象工作者的精心管护｡参考文献:[1]林昌禄,聂在平.天线工程手册[M].北京:电子工业出版社,2002.[2]李明洋,刘敏.HFSS天线设计[M].北京:电子工业出版社,2014.[3]谢拥军,王鹏,李磊,等.雷振亚AnsoftHFSS基础及应用[M].西安电子科技大学出版社,2007.[4]张德斌,周志鹏,朱兆麒.雷达馈线技术[M].北京:电子工业出版社,2010.[5]廖承恩,陈达章.微波技术基础[M].北京:国防工业出版社,1979.。
雷达天线及伺服系统
3.2 天线的分类
• 按工作性质： • 发射天线；接收天线
• 按波长： • 长波天线；中波天线；短波天线；微波天 线等
• 按天线原理： • 线天线；面天线
• 按波束扫描： • 机械扫描；电扫描（相控阵天线）
二、面天线
• 旋转抛物面天线 • 卡塞格伦（Cassegrain）天线
1、旋转抛物面天线
旋转抛物面天线是在通信、 雷达和射电天文等 系统中广泛使用的一种天线, 它是由两部分组成的,
其一：抛物线绕其焦轴旋转而成的抛物反射面, 反射 面一般采用导电性能良好的金属或在其它材料上敷以 金属层制成;
其二：置于抛物面焦点处的馈源（也称照射器）2
λ＝波长； A＝天线的实际面积； ρe＝天线的口 径效率
3.3.5 天线的阻抗
• 天线输入阻抗：Zm=Rm+j*Xm， • 实部：电阻，功率损耗 • 虚部：阻抗，储存功率
• 天线的输入阻抗与发射机的内阻匹配时，可 得到最大输出功率；同理，接收时，接收机 可从天线获得最大输出。
The Cassegrain Antenna
• Advantages • The feed radiator is more easily supported and the antenna is geometrically compact. • It provides minimum losses as the receiver can be mounted directly near the horn.
馈源把高频导波能量转变成电磁波能量并投向抛物反 射面, 而抛物反射面将馈源投射过来的球面波沿抛物 面的轴向反射出去, 从而获得很强的方向性。
雷达天线风载荷分析及伺服系统抗扰方法研究的开题报告
雷达天线风载荷分析及伺服系统抗扰方法研究的开题报告一、选题背景随着雷达技术的不断发展，雷达天线在现代雷达系统中扮演着越来越重要的角色。
不论是陆地还是海洋，无论是天空中还是地下深处，雷达天线都是实现目标探测和数据获取的重要装置。
但是，在实际的应用过程中，雷达天线需要承受风载荷的作用，这对雷达天线的稳定性和准确性产生了很大的挑战。
二、课题意义针对雷达天线风载荷产生的问题，本课题旨在通过数值计算和实验验证的方法，研究雷达天线的风载荷分析及伺服系统抗扰方法，进一步提高雷达天线的稳定性和准确性，确保雷达系统的正常工作，加强雷达技术在国防和民用领域的应用。
三、研究内容1. 雷达天线风载荷分析通过数值计算和仿真分析，研究雷达天线在不同风速和风向下的受力情况，得到风载荷的大小和作用方向，为后续的伺服系统抗扰方法提供数据支持。
2. 伺服系统抗扰方法研究针对雷达天线的风载荷情况，研究不同的伺服系统抗扰方法，包括传统的PID控制和优化控制等方式，将其应用于实际的雷达天线系统中进行测试和验证，得到系统的控制精度和稳定性。
3. 验证与分析采用实验室测试与现场实验的方式，对研究结果进行验证和分析，解释实验结果，并提出相应的优化建议。
四、研究方法1. 数值计算和仿真分析采用ANSYS等软件进行雷达天线的风载荷分析，根据所得数据建立数学模型，分析受力方向和作用大小。
2. 控制系统设计与实现根据所选中的伺服系统抗扰方法，设计控制算法和控制系统，包括硬件和软件设计。
3. 实验测试与数据分析将所研究的优化方案应用到实际的雷达天线系统中，进行实验测试，并通过数据分析和对比，得出结论和优化建议。
五、预期成果本课题预期的成果包括：1. 雷达天线在不同风速和风向下的风载荷分析结果，包括受力大小和作用方向等参数；2. 针对不同的伺服系统抗扰方法的研究结果，包括控制算法、控制系统设计和实验测试结果等；3. 对不同抗扰方法的性能对比和分析结果，提出优化建议；4. 相关技术的发表和技术报告，为雷达天线的稳定性和准确性提供支持和指导。
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第27卷 第4期2010年12月河 北 省 科 学 院 学 报Jo urnal o f the H ebei A cademy o f Sciences V o l.27N o.4Dec.2010收稿日期:2010-08-30作者简介:乔建江(1974-),男,硕士,工程师,主要从事天线伺服控制系统的设计与研究.文章编号:1001-9383(2010)04-0038-05天气雷达天线伺服控制系统研究乔建江(中国电子科技集团公司第54所,河北石家庄 050081)摘要:介绍了某天气雷达天线伺服控制系统的设计,提出了解决伺服带宽的方法:伺服系统环路设计中采用凹口滤波器技术、串联滞后补偿网络、加速度负反馈技术和复合控制技术来抑制伺服系统结构谐振频率进而提高伺服系统带宽;采用Bang Bang 控制技术加快系统快速性,较好的解决了伺服控制系统设计中系统快速性和系统稳定性的问题;实际应用表明,该天线伺服控制系统设计方案是合理的成功的。
关键词:凹口滤波器;Bang Bang 控制;复合控制;加速度负反馈中图分类号:T N820.3文献标识码:AThe research on weather radar antenna servo control systemQIAO Jian jian g(T he 54th Resear ch Institud e of CET C ,Shij iaz huang H ebei 050081,China)Abstract:The desig n for one kind of w eather r adar antenna servo contr ol sy stem w as presented.And som e so lutions for the servo bandw idth are provided here:Notch filer technique,Serial lag com pensa to ry netw o rk,Acceleration Negativ e Feedback and Compound Contr ol w ere adopted in loop cir cuit de sign to restrain the m achinery reso nance of servo control system and then improv e the servo sy stem bandw idth.T he Bang Bang control w as applied here to improve the dynam ic perform ance.This kind of design solv ed the pro blems for system speediness and stability.In practical applicatio ns,this design w as also prov ed to be r easo nable and successful.Keywords:Notch filer;Bang Bang Control com pound control;Acceleratio n negative feedback0 引言一般的高精度天线伺服控制系统要求有定位和等速跟踪功能,定位控制精度高,响应快,等速跟踪平稳。
而在我们设计的伺服控制系统中,天线的转动要求伺服控制系统快速无超调进行大角度调转、定位精度高,而且伺服系统要具有多种快速扫描方式:水平扫描、垂直扫描以及快速定位等。
这些都将对伺服系统的环路设计提出更高的要求。
本文主要就是对该天线伺服控制系统环路中的几个关键部分方案进行探讨和分析。
1 伺服带宽分析伺服带宽是天线伺服控制系统中很重要的一项指标,它反映了天线跟随目标的能力。
对于大型天线伺服系统来说,伺服带宽及其稳定裕度主要受天线座结构谐振频率及其阻尼系数所制约。
可见,提高天线座结构谐振频率和阻尼系数就能提高伺服系统的带宽及其稳定裕度。
天线座的结构谐振频率计算公式[1]为:f L =12 K J(1)第4期乔建江:天气雷达天线伺服控制系统研究式中,f L 为结构谐振频率;K 为传动链刚度;J 为天线系统转动惯量。
由式(1)可以看出,增加伺服系统的传动链刚度或者减少天线系统的转动惯量,都可以提高天线座结构谐振频率。
但是,增加天线座的刚度K 必然导致天线系统转动惯量的增加,同样,减少天线系统的转动惯量,必然导致刚度K 的降低。
由此分析可见,在工程设计中很难把天线座的刚度K 和转动惯量J 都设计成最佳值,从而使天线座结构谐振频率做得很高。
根据参考文献[1]中的国际公认的经验公式:D f L =(40~60)H z m(2)其中,D 为天线直径;f L 为天线座结构谐振频率。
我们设计的天线的口径为8.54m,按照式(2)进行估算,天线的结构谐振频率应该在4.7H z~7H z 之间。
要想设计出大于7H z 的天线座结构谐振频率,是十分困难的。
实际上根据文献[1]可知:=2 z z(3)其中, 伺服带宽; z 组合谐振频率; z 系统结构阻尼系数。
由式(3)可知在天线座的结构谐振频率不能进一步提高的情况下,在伺服系统电气上可以采取措施,来抑制天线座谐振频率的峰值,从而等效提高天线座的阻尼系数,进而提高伺服系统带宽及伺服系统的稳定裕度。
展宽伺服系统带宽可提高伺服系统的暂态性能。
由于本天线伺服控制系统是实时数引系统,这样跟踪环路中没有自跟踪接受机输出的噪声,因而可以在结构机械谐振频率允许的条件下尽量展宽伺服系统的带宽。
2 系统环路结构图伺服控制系统的任务是采取各种控制策略,快速、准确、稳定、可靠地跟踪目标,使天线伺服系统的天线座架的机械轴随控制指令运动,并能使天线的电轴始终对准目标,完成各项任务,并确保天线伺服系统安全、可靠、长期稳定地工作。
天线伺服系统结构如图1所示。
由图1可见,天线伺服系统为一开、闭环复合控制系统。
图1 天线伺服系统环路结构图3 系统设计3.1 凹口滤波器技术提高系统带宽在伺服传动机构中,往往由于传动刚度不够,以及负载惯量大导致天线座结构谐振频率偏低并且阻尼系数小,这样就影响了系统的稳定性、快速性及精度。
为保证伺服系统的稳定性,系统需要足够的稳定裕度,一般要求幅值裕度大于6dB,但在大型天线伺服位置回路中,结构谐振环节的谐振阻尼很小,在谐振频率处的谐振峰很高,以致限制了伺服系统位置环路的带宽,为此改善系统性能,需要在位置环路正向通道中加入一个凹口滤波电路来抵消谐振环节的峰值以平滑系统的开环频率特性,提高位置回路的频带宽度。
在我们设计的伺服环路系统中采用的提高阻尼系数的方法就是在伺服系统位置环路中串联凹口滤波器电路,使凹口频率对准系统结构谐振的频率,这样,结构谐振的峰值就会大大降低,由公式(3)可以知39河北省科学院学报2010年第27卷道,等效地提高了结构谐振的阻尼系数,进而等效的提高了伺服系统的带宽。
在伺服系统的位置环中引入凹口滤波器电路,其传递函数如下:G(S)=S2+2 1 0S+ 20S2+2 2 0S+ 20(4)在伺服驱动系统中,谐振参数如谐振幅度、谐振频率和谐振带宽很容易通过频率响应波伯德图上得到,所以设计参数是凹口衰减度d、凹口频率 0(弧度/秒)、凹口带宽b(弧度/秒),衰减度d= 1/ 2,我们设计的凹口滤波器的衰减度为10,即 1=0.2, 2=2。
文献[2]中已经详细介绍了该凹口滤波器的特性,这里不在介绍。
文献[2]中指出伺服系统中引入凹口滤波器,不影响原伺服系统除凹口点以外的开环对数幅频特性。
凹口滤波器只在天线结构谐振频率点处出现一个凹口,这样就有效的抑制了天线座结构谐振的峰值,等效地提高了天线座结构谐振频率的阻尼系数值,使伺服的稳定裕度特别是幅频的稳定裕度增加很多,取得了令人满意的效果。
在实际系统应用中,针对出现天线座结构谐振,影响整个系统的工作现象,经过分析测试后,找到了谐振频率点为5.68H z,我们在伺服系统速度环的主回路中引入了两个凹口滤波器分别在谐振频率的两边,一个为f1= 5.2H z,另一个为f2 =6.2H z,这样设计凹口滤波器的目的是使凹口滤波器既具有一定的深度又具有一定的宽度,并且中心频率正好在5.7H z,较好的解决了天线座的结构谐振,提高了系统伺服带宽,增加了天线系统工作稳定性。
3.2 加速度负反馈提高系统带宽使用凹口滤波器虽然补偿系统结构谐振频率有一定的效果,但是他有较高的品质因数并且相移比较陡,伺服系统的参数发生变化时,凹口滤波器就难以适从。
所以仅仅靠使用凹口滤波器提高伺服系统带宽是不够的,应尽可能提高带宽。
加速度负反馈的方法,可以改善了系统的静态精度和动态品质。
由图(1)的系统结构图可以看出,设计的伺服系统环路在速度环内多了一个加速度环。
这是由于考虑到伺服系统的传动链刚度可能不足,会使伺服系统的带宽以及伺服系统的稳定性能受到很大的影响,所以在设计伺服系统的环路时采用了速度微分反馈即把加速度负反馈引入伺服环路中,来抑制天线转动过程中超调,等效提高伺服系统阻尼系数,进而等效提高伺服系统带宽。
加速度负反馈是在测速反馈环之内。
从物理概念上看,当被调量还没有变化只是有了变化的趋势时,其微分量就已经起着负反馈的作用了。
在减小超调的同时,也有效抑制振荡产生;从自动控制原理讲,加入了一个微分环节,系统传递函数就增加一个零点,降低了系统的阶数,可使系统成为不振荡型。
应该注意:由于测速机纹波输出电压纹波的影响,可导致伺服系统不能正常工作。
采用加速度负反馈时,应该尽量选用纹波电压小的测速机。
3.3 Bang Bang控制技术在设计的大型天线伺服系统中,天线大角度失调时需要快速调转并且无超调。
快速性是大型天线伺服系统的重要指标,但是由于天线大角度调转的时间占天线系统反应时间的一大部分,所以如果仅仅采用传统的控制策略,系统将不能正常的工作。
现代伺服系统多采用多环路体制,这种环套结构使系统位置环带宽降低了。
为适应更高的要求将Bang Bang控制原理在数字控制中实现,并用于大角度快速调转是很有意义的。
控制转换准则可根据系统误差和速度大小来决定。
当系统误差大于误差门限时,采用Bang Bang 控制非线性技术,而当系统误差小于误差门限时,系统采用线性控制技术。
工程实际中,仅采用误差准则来判断,出现系统过早进入线性控制区后,发生在线性区和非线性区控制的多次转换,所以仅靠误差准则是不能发挥Bang Bang 控制技术的优点的。
所以我们在线性非线性的转换中也采用速度转换准则,就是在一定的速度下进入线性控制区后,不再发生线性和非线性控制的双模式相互多次切换。