浅谈雷达伺服系统的设计
PCBased伺服监督／控制系统的设计
的工作状态 ， 给研制生产调试工作提供了极大 的便利 条 件 ， 障了伺 服工 作 的顺 利进 行 。 保
中， 根据不同时期 的任务要求需要 检测和监督伺 服系 统编码部分 、 方位部分和平台部分 的各个参数点 的数
局 监 督 的思想 ， 并介 绍 了 系统 的软 、 硬件 设 计 ， 某型 三 坐标 雷达监 督控 制 系统 的设 计 提供 一 些 为
思路 。
关键 词 ： 雷达 ； 服 系统 ； 伺 分层 检 测 ； 回路检 测 ； 重点 监 测 ；全局监 督 中图分 类号 ： Ｐ １ ．２ 文献标 识 码 ： 文章 编号 ：０ ９— ４ １ ２ ０ ） — ０ ９— ４ Ｔ ３ １５ Ａ １０ ０ ０ （ ０ ８ ０ ０ ４ ０ ４
Ｋｅ ｗｏｒ ｙ ｄｓ：ｒ ｄ ｒ ｅ ｖ ｙ ｔｍ ；ｈ ｅ ａ ｃ ｉａ ｔ ｃｉｎ；ｌ ｏ ｅｅ ｔｏ ａ ａ ；ｓ ｒ ｏｓ ｓｅ ｉ ｒ ｒ ｈ ｃ ｌｄｅｅ ｔｏ ｏ ｐ ｄ ｔ ｃｉｎ；ｋ ｙ ｐ ｉ ｔ ｎｉ ｒｎ ｅ ｏｎ ｓｍｏ ｔ ｉ ｇ；ｏ ｅ ａ ｌ ｏ ｖ ｒｌ
作者简介 ： 锋锷 ， ，９ ５年生 ， 周 男 １７ 工程师 ， 主要 从事雷达总体技术方 面的研究 。
５ ０
雷达与对抗
２０ 年 ０８
第 ４期
图 ２ 系统 检 测 点 分 布 框 图
雷 达与对 抗
２０ ０ ８年
第 ４期
４ ９
Ｐ ａｅ 服 监督 ／ 制 系统 的设 计 Ｃ Ｂ ｓｄ伺 控
周 锋 锷
（ 南京船舶雷达研究所 ， 苏 南京 ２ ００ ） 江 １０ ３
摘
要 ： 绍 了 Ｐ ａｅ 介 ＣＢ ｓｄ伺服 监 督／ 制 系统 ， 设计 中采 用分层检 测 、 控 在 回路 检 测 、 点监 测 和 全 重
伺服系统-第一章伺服系统设计概述
最大跟踪角加速度εmax
系统跟踪误差不超过em时，系统输出轴所能达到 的最大角加速度。
最大角速度Ωk、最大角加速度εk
不考虑跟踪精度的情况下，系统输出轴所能达到 的极限速度和极限角加速度。
正弦跟踪误差esin 速度品质系数Kv、加速度品质系数Ka 调速范围D
对系统工作制的要求 长期连续运行、间歇循环运行、短时间运行
对系统可靠性以及使用寿命的要求 连续运行无故障时间
对系统的使用环境条件的要求 环境温度、湿度、三防（防潮、防腐蚀、防辐 射）、抗振动、抗冲击
对系统结构形式的要求 体积、重量、结构外形、安装特点等
对系统经济性的要求 制造成本、标准化程度、元部件通用性、能源利 用率、维护使用、系统电源条件（电源种类、规 格、容量）
1.2 伺服系统的应用
机械制造 冶金 航天 微电子 军事 运输 通信工程 日常生活
机械制造
– 机床运动部分的位置控制、速度控制、运动轨迹控制 – 仿形机床、机器人手臂关节
冶金
– 电弧炼钢炉、粉末冶金炉的电极位置控制 – 轧钢机轧辊压下运动的位置控制
电极
轧前的 钢板
按控制方式分类
– 开环控制 – 闭环控制 – 复合控制
开环伺服系统
r
G1 ( s )
闭环伺服系统
r
e
G1 ( s )
－
复合控制伺服系统
r
G2 ( s ) c
G2 ( s ) c
B (s)
e G1 ( s ) ＋
－
G2 ( s ) c
1.7 伺服系统的技术要求
伺服系统的软件设计与开发
伺服系统的软件设计与开发伺服系统是一种具有反馈控制的电机控制系统，其主要功能是精确控制伺服电机的运动，使其在给定的时间内到达目标位置或达到目标速度。
在伺服系统中，软件系统起着至关重要的作用，它负责将高层控制指令转化为电机控制信号，并运行在嵌入式系统上，实时控制运动状态和运动精度。
1.伺服系统软件设计的基本要求伺服系统软件设计的基本要求是实时性、可靠性和稳定性。
实时性是指系统必须以确定的时间响应用户的指令，保证在规定的时间内完成控制任务。
可靠性是指系统必须在长时间的运行中保持稳定，不出现死机、控制失效等故障。
稳定性是指系统必须能够在不同环境下保持稳定的控制精度和运动精度。
2.伺服系统软件设计的框架和工具伺服系统的软件设计应该遵循模块化、可复用、可维护和可移植的原则。
常见的设计框架包括MVC模式、MVVM模式和其他基于组件化的设计模式。
软件的编写语言可以选择C、C++、Python等，开发环境可以使用Visual Studio、Eclipse等IDE软件。
同时要注意选择合适的编译器、调试器和代码版本管理工具。
3.伺服系统软件设计的关键技术（1）运动控制算法伺服系统的核心技术是运动控制算法，实现良好的运动控制算法是保证伺服系统运行稳定的关键。
运动控制算法主要包括位置控制、速度控制和力控制等方法，可以应用PID、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等算法实现。
（2）位置检测与反馈控制伺服系统需要有高精度的位置检测系统和反馈控制系统，以实现对电机位置的精确控制。
通常采用编码器、激光干涉仪、光电开关等位置传感器进行位置检测，通过高精度的反馈进行闭环控制。
（3）通信协议伺服系统需要与上位机、其他设备进行通信，因此需要制定或选择合适的通信协议。
常用的协议包括CAN总线、RS485总线、以太网通信等，应根据实际的控制应用场景选择。
4.伺服系统软件开发流程伺服系统软件开发需要遵循软件工程的基本原则和开发流程，包括需求分析、设计、编码、测试和维护等阶段。
Saber Designer在雷达天线稳定平台伺服系统设计调试中的应用
控 制参 数 进 行 预 估 。ＳｂｒＤ ｓ ｎｒ 件 的应 用 大 大 ａｅ ｅｉ ｅ 软 ｇ 降低 了天线稳 定平 台系统调 试 风险 ， 缩短 了调试 时 问 ， 提 高 了调试效 率 。
ＳｂｒＤ ｓ ｅ 可 同时 对模 拟 信号 、 ａｅ ｅｉ ｒ ｎ ｇ 事件 驱 动模 拟
ｉ ａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｅ ｔ ｒ ｓ ｌｓ ｒ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ａ ｄ ｖ ｒｆ ｄ ｔ ｓ ｏ ｆｎ ｌｓｍｕ ａ ｉｎ ａ ｄ ｔ ｓ ｅ ｕ ｔ ａ ｅ ｏ ａ ｅ ｎ ｅ ｉ ｅ ｏ ｈ ｗ ｔ ａ ｈｅ ｓ ｆ ｒ ｃ ｎ ｒ ａ ｌ ｏ ｉ ｈ ｔ ｔ ｏｔ ｅ ａ ｇ ｅ ｔｙ ｗａ
信号 、 数字 信 号 以及 模数 混合 信 号设 备 进 行 仿 真。
Ｓ ｂｒ 用领 域 广泛 ， ａｅ适 包括 电子 学 、 电力 电子 学 、 电机 工
程、 机械工程 、 电光学 、 光学 、 水利 、 制系统 以及数据 控
２ Ｓｂｒ ｅｉ ｅ 软件介 绍 ａｅ Ｄ ｓ ｎｒ ｇ
１ 引 言
雷 达天线 伺 服系统 是 雷达 的重 要 组成 部 分 ，它 对 于发现 目标 以及 精确地 测 量 目标 的位置 和其他 参数 都 起 着重 要作 用 。对 于大型 舰载 三坐 标雷 达天 线稳定 平 台， 由于 其本 身体 积 、 质量 较大 ， 刚性 也不 太好 ， 系统 在 实 际调 试 中风 险较 大 。本 文 利 用 混 合 仿 真 软件 Ｓｂｒ ａｅ Ｄ ｓｎｒ在 设计 和实 际调 试前对 伺 服系 统进 行参 数 仿 ｅｉ ｅ， ｇ
ｉ ｒ ｖ ｈ ｆ ｃｅ ｃ ｆｔ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｅ ｕ ｇ ｎ ｆ ｈ ｙ ｔｍ． ｍｐ ｏ ｅ ｔｅ ｅ ｉ ｎ ｙ ｏ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｄ ｂ ｇ ｉ ｇ ｏ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ｈ ｔ
雷达伺服系统调试用虚拟摇摆平台的设计
１ 引 言
本 文 中的雷 达伺 服系统 调试虚 拟摇 摆平 台是 为某 型号 雷达伺 服 系统 调试 需要 而设计 的 。其雷 达伺 服系
统 的主要功 能是 隔离海 上风浪 引起 的船摇 摆及 海 风本
中包含 着大 量 的干扰 噪 声 ， 别是 在 速 度 过零 时 测 速 特 机输 出的角 速度信 号 中包含 着 较 大 的 阶跃 和 延迟 ， 为 雷 达伺 服 系统 的控 制带来 很 大 的困难 。而本文 中提 出 的伺 服 调试虚 拟摇 摆 平 台 的设 计 方案 ， 利用 硬件 电路 及计 算 机软件 来代 替机 电摇摆 平 台给雷达 伺服 系统提 供 等效 正弦摇 摆运 动 的实 时 角 位 置和 角 速 度信 号 ， 可 以在 雷 达伺服 系统 调试 的初期 先不设 定机 械传动装 置 带来 的影 响 ， 当雷达伺 服 系统 调试 稳 定 后 再加 上 机 械 传 动装 置 以及 系 统 噪 声 带 来 的 误 差 影 响进 行 精 细 调 整 。这 样 可 以加 快雷 达伺 服 系统 的调 试速 度 ， 且 能 并 够完整 地模 拟整 个雷 达伺 服 系统 的工 况 ， 以达 到 脱 离 雷达天 线硬件 平 台 的限 制 、 成 雷达 伺 服 系统 调 试 的 完 目的 ， 同时虚 拟摇 摆 平 台软 件具 有 友 好 的人 机 界 和 良
浙江 舟山 ３ ６０ ；．南京船舶雷达研究所 ， １０ ０ ３ 江苏 南京 ２多功 能卡 、 字． 转 变压 器转 换 器及 虚拟仪 器等技 术 ， 计 了雷达 伺服 系统调 试虚 应 数 旋 设
拟摇摆 平 台 ， 用硬件 电路 及计 算机软 件 来代替机 电摇摆 平 台给 雷达 伺服 系统提 供 等 效 正 弦摇 摆 运 动 的 实时角位置 和 角速 度信 号 ， 具有更 高的精 度和 性价 比 ， 雷达 伺服 系统 的调试 带来很 大 的 为
如何设计高性能伺服系统
如何设计高性能伺服系统高性能伺服系统是现代工业自动化领域中不可或缺的部分，它具有快速响应、高精度、可靠性强等特点，已经广泛应用于工业生产和机器人控制等领域。
那么，如何设计高性能伺服系统呢？一、系统性能需求分析在设计高性能伺服系统之前，首先需要进行系统性能需求分析。
要考虑到系统对控制精度、速度和力矩等方面的需求，同时还要考虑到可靠性、抗干扰能力、响应速度等方面的因素。
同时要确定系统的实时性和运行周期，以及每个周期的计算量，和目标芯片的处理能力比较。
二、伺服系统结构设计伺服系统的结构设计是关键之一。
一般伺服系统由电机、传感器、控制器三个基本部分组成。
其中，电机是伺服系统的执行机构，传感器用来检测机器人的位置和状态，控制器则是伺服系统的核心部件。
采用先进的无刷伺服电机，可以大大提高系统的动态性能和控制精度，同时降低噪声和振动。
控制器一般采用数字信号处理器（DSP），配合高速ADC和PWM模块，用于实时控制电机转速和输出力矩。
同时还要注意控制系统的稳定性和滤波性能，避免产生过度震荡或粘滞现象。
三、控制算法设计控制算法设计是伺服系统设计的核心之一。
常用的控制算法有PID 控制器、模糊控制、自适应控制等。
PID控制器是伺服系统中最常用的一种控制算法，通过不断对反馈信号进行调整，使输出信号逐步趋近于目标值，从而实现对电机速度和位置等参数的控制。
四、信号采集和处理设计信号采集和处理是伺服系统实现高精度控制的关键技术之一。
由于所采集的信号可能存在噪声和杂波，因此需要采用滤波、放大和去噪等技术进行处理。
同时还需要对信号进行采样和量化，使其能够被数字信号处理器进行处理。
五、系统硬件设计伺服系统的硬件设计也是非常关键的。
硬件设计要考虑到可靠性、稳定性、抗干扰能力等因素。
通常要对系统的电源、电路、线路和机构进行分析和设计。
六、系统软件设计伺服系统的软件设计也非常重要。
一般情况下，伺服系统的软件设计需要考虑到以下几个方面。
基于MCU+EPLD的雷达天线转台通用伺服系统设计
１ 设 计 要 求
根据 系统 的 总体 功 能与 技 战术 指 标 ，要 求转
现对关注空域的连续扫描和 目标搜索 ，并对锁定
目标 进行 精确定 位 或跟踪 ｕ 。雷达 天线转 台属 于一 个 典 型 的机 电一 体 化 系统 ，其 基 本 组 成如 图 １ 所
示
台 ：（ １ ）带 负载 （ 天线 ） ，转 速在 ０ — ３ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ＋ ＿
Ｋｅ ｙ ｗｏ ห้องสมุดไป่ตู้ ｄｓ ：ｒ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｒ ｅ ｔ ； ＭＣ Ｕ＋ ＥＰ ＬＤ； ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｒ — ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ
Ｏ 引 言 天线 伺 服转 台 （ 下 简称 ：转 台 ）是 雷 达 系统
（ Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｊ ｉ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｇｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｍｉ ａ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ ６ ２ １ ０ ０ ０，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈｅ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｒ ｅ ｔ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＭＣＵ＋ ＥＰＬ Ｄ， ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ＭＣＵ ａ ｓ ｍａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ，ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｓ ＥＰＬ Ｄ ｔ ｏ
自动化
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ － ９ ４ ９ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ７ ． ０ １ ７
基于 ＭＣ Ｕ ＋ Ｅ Ｐ Ｌ Ｄ的雷达天线转台通用伺服系统设计
基于重复控制技术的位置伺服系统设计研究
伺 服控 制技 术广 泛应 用…在 卫星 跟踪 测控 雷
本 文针对 目前 在雷达伺 服 系统 设计 中主要 采 用 ＰＤ控制器 实现 系统 的位置 回路调 节 ，存在跟 Ｉ
１
／Ｉ ） （＋ 是功率放大器 的数学模型 ， 虑到Ｐ 考 ＷＭ 开关放 大器 电流 的脉 动 ， 电流反 馈 回路 上增 加 在
一
。 “’ ２版 ， “ ‘ ２ 速度控制器的设计 ． ２
将 图 ２ｂ的 电流控制 回路做等效处 理 ， （） 电流控 制 回路 等效 为一个 一 阶环 节 Ｇｉ） ￣ （ ｓ （） ２
个惯性滤 波环节 ｌ （＋ ）由于转速 响应速度 ／１ ． 比电流 响应 速度慢 得多 ， 电流 回路 设计 时 ， 以 在 可 不考虑反 电势 回路 ， 因此 ， 电流控制 回路 简化模 型
收 稿 日期 ： ０ ９ ０ — ３ ２ ０ —９２
作 者 简 介 ： 宇 航 （９４ ）男 ． 士 生 ， 要 从 事 武 器 系 统 与运 用 丁 程 研 究 潘 １８ － ， 硕 主
１ 某 型 雷 达 位 置 伺 服 系 统 的 组 成
某 型雷达位置伺服 系统组成如 图 １ 所示． 系 该 统 由电流控制 回路 、 速度 控制 回路 和位置 控制 回 路 组成． 中执行 电机 为直流 电机 ， 其 功率放 大器为
期性 信号 的控制误差 ． 其优 点是控制 器形式 简单 ， 缺点 是系统稳定 条件苛刻 ． Ｊ 因此在不 同种类 的控
方案来提 高方位跟踪精度． 根据某型跟踪雷达位置伺服 系统 的组成， 对位置伺服 系统进行 了建模， 设计 了位 置 回路 的重复控制器． 最后利用Ｍａｌ ４ 真软件对位置伺服 系统进行 了仿真 ， ｔｂ， ａ ３ － 验证 了整个 系统设 计的正确性．
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理论研究
浅谈雷达伺服系统的设计
石小萍,刘兴兴,陈 丁
（西安黄河机电有限公司设计研究所,西安 710043）
摘 要：本文介绍了雷达伺服系统的主要作用，以及雷达中常用的传动机构、驱动元件、位置检测装置的工作原理、主要性能和设计及选用方法，
最后介绍了雷达伺服系统装置的性能参数检测方法。
关键词：伺服系统；执行机构；位置检测；误差分析；驱动电机
1 引言
伺服系统是控制雷达位置及各种运动参数的电子设备，是典型的
机电自动控制技术。“伺服系统”实际上是控制天线机械传动系统按
设定的运动规律，去自动地转动天线去捕获、跟踪目标或使天线转动
到某位置。伺服系统也被称为“随动系统”。伺服系统与其他控制系
统的区别是被控制的输出量是机械位移（角位移）、速度（角速度）
或加速度（角加速度）。给定的输入量往往是小功率的信号。
2 伺服系统的设计
进行伺服系统的设计及分析时，一般采用图解法可以清楚地表明
伺服系统的构成，各部分之间的相互关系，及其信号传递情况的系统
方框图称为伺服系统的方框图，通常把某种功能的伺服系统称为“伺
服回路”。常规产品一般有速度回路、位置回路、稳定回路等等。通
过过方框图介绍了伺服系统中有关机电信息相互转换的主要通道，以
及执行元件和位置检测元件的功能和设计要求。
2.1 伺服系统闭环控制回路
2.1.1 伺服系统速度回路通道
速度回路的主要作用是控制天线跟踪目标速度的快慢。典型的伺
服系统速度回路如图1所示：回路中电机为执行元件，安装在电机轴
末端的测速装置为传感元件。工作过程：伺服执行电机收到控制计算
机的指令后，启动电机，电机经过减速箱驱动末级大齿轮，并使天线
跟踪目标；测速装置把速度信号反馈回伺服处理器，与设定值比较，
获得误差信号，再发给电机发出新的指令。
2.2 驱动元件及机械转动装置的选择
伺服驱动元件常用的有液压马达，力矩电机，直（交）流电机等。
液压马达驱动力矩大伺服控制性能较好。技术难点是伺服控制分配阀
生产调试较为困难，需要配备专用的液压调设备。另外漏油问题解决
难度较大，限制其应用范围。力矩电机直接驱动天线转动最大优点就
是没有减速传动装置，避免了齿轮减速传动的精度误差和回差等影响，
扭转刚度较高，相应的伺服机械机构设计的谐振频率也比较高。但受
到驱动功率的现在，适用于中小型雷达的驱动。直流电机驱动在精密
跟踪雷达中运用比较多，对各种类型、尺寸的天线均有比较成熟的伺
服机械控制技术经验。对于天线转动要求比较简单的场合用交流电机
比较多，伺服控制、机械传动设计均不高。与驱动元件相匹配的机械
减速传动装置有普通齿轮减速箱、涡轮轮杆机构、渐开线行星齿轮减
速器，少齿差行星减速器、摆线针轮行星减速器、谐波齿轮机构、普
通丝杠和滚珠丝杠、同步齿形带等。
2.3 位置检测装置
伺服系统需要实时获取天线的位置信息，要求在设计时考虑到精
确的位置检测。常用的位置检测装置有：（1）光电编码器的特点是
精度高、分辨率高、可靠性较高，最高分辨率可达27位，但属于光
学精密仪器，不能耐较大机械振动和冲击，否则会造成伤害。（2）
旋转变压器的特点是结构简单、工作稳定可靠、抗干扰能力强、对环
境要求低，但精度不如光电编码器。（3）感应同步器其特点是对环
境要求较低，非接触式测量，无磨损，工作可靠，使用寿命较长，但
只适用于线性测量，不能用于角度测量。
3 伺服系统性能参数的检测
伺服系统性能参数主要包括转动惯量、摩擦力矩、传动误差及回
程误差等。测量其性能参数的目的是检验传动链的性能是否满足设计
要求，并由此分析影响传动链的因素，以便进一步提高伺服传动装置
的性能。
4 结束语
伺服系统是雷达搜索、捕获目标并跟踪、测定目标所在位置及各
种运动参数的电子设备。快速捕获目标，按特定要求平稳跟踪目标，
并精确定位是雷达最基本的要求，也是伺服自动控制设计和天线转动
设计的基本要求。在雷达系统中常用伺服传动装置有：伺服驱动元件、
传动机构和位置检测装置等，其各部分的性能、匹配关系和控制策略
决定了雷达伺服系统的总体性能。
参考文献：
[1]张润逵，戚仁欣，张树雄.雷达结构与工艺[M].北京：电子工业
出版社，2007:41-93.
[2]丁鹭飞,耿富录,陈建春.雷达原理[M].4版.西安:西安电子
科技大学出版社,2011.
[3]陈丁,王放,李婷婷等.通用雷达信号场景系统的研制[J].电子
科技,2014,27(06):66+71.
作者简介：石小萍（1986-），女，陕西大荔人，工学学士，助理工程师，
主要从事雷达随动控制系统设计。
图1 伺服系统速度回路
2.1.2 伺服系统位置回路通道
位置回路通道的功能是将伺服系统驱动天线转动后，所处的位
置由机械角度参数转换为电参数，在传递到相应的模块，变成位置
控制参数或相应的显示设备。位置回路的几个通道及元件、设备如
图2所示：
图2 伺服系统位置回路