当前位置：文档库 › 雷达天线及伺服系统

雷达天线及伺服系统

自动控制原理-雷达天线伺服控制系统

自动控制理论课程设计设计题目雷达天线伺服控制系统姓名学号专业班级指导教师设计时间

目录第一章绪论 (1) 1.1课题背景及意义 (1) 1.2课题研究的目的 (1) 1.3课题研究的主要内容 (2) 第二章系统的总体设计 (3) 2.1系统的组成图 (3) 2.2控制系统的结构图 (3) 2.3系统的简化方框图及简单计算 (4) 2.4系统的动态分析 (6) 第三章系统的根轨迹和伯德图 (7) 3.1系统的根轨迹图及分析 (7) 3.2系统的Bode图及分析 (8) 第四章校正设计 (10) 4.2校正后的根轨迹图及分析 (12) 4.2校正后的Bode图及分析 (13) 第五章总结 (15) 参考文献 (16)

第一章绪论 1.1课题背景及意义雷达天线伺服控制系统是用来控制天线，使之准确地自动跟踪空中目标的方向，也就是要使目标总是处于天线轴线的方向上的，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，主要解决位置跟随系统的控制问题。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，并要求具有足够的控制精度。其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入地位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式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。雷达天线伺服控制系统，可以准确确定障碍物的位置。利用雷达天线伺服控制系统可以探测飞机、舰艇、导弹以及其他军事目标，信息处理、数字处理,收集、综合地面运动目标和固定目标的情报及图像，还可以探测低空飞行的威胁，为用户提供包含面广的威胁画面。对空搜索、边搜索边测距、空地测距、自动检测；除了军事用途外，雷达在交通运输上可以用来为飞机、船只导航；在天文学上可以用来研究星体；在气象上可以用来探测台风，雷雨，乌云等等。雷达天线伺服控制系统的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。然而雷达天线伺服控制系统在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。 1.2课题研究的目的雷达天线伺服控制系统的设计目的是通过采取各种控制策略，快速，准确，稳定，可靠地跟踪目标，使天线伺服系统的天线座驾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。利用电磁波探测目标的电子设备，发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。而在我们设计的伺服控制系统中，天线的转动要求

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 system Abstract: 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。为了解决这个矛盾，使用比例（P）,积分（I），微分(D)（即所谓的(PID)调节器），以此作为自动控制系统的校正工具。比例调节的显著特点就是有差调节。如果采用比例调节，则在负荷扰动下的调节过程结束后，被测量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差。积分调节的特点是无差调节，但采用积分调节时其调节过程比较缓慢，表现在振荡频率较低。PID调节器有P,I,D三种调节的优点，在系统中，比例（P）调节器的作用是按控制偏差的大小，迅速输出一个信号（电压），这个过程便是偏差大，调节作用大，偏差小，调节作用也小，积分（I）调节器的作用，不是迅速改变调节作用，而是根据偏差的大小逐渐地改变，偏差大的，调节作用变化速度快，偏差小的调节作用速度满，只有当偏差消除时，才停止改变调节作用，偏差不消除，调节作用总是在不断改变，微分（D）调节器的作用则是一有偏差出现，马上快速地，大幅度地改变调节作用，然后使调节作用逐渐见效，这就是所谓的超调，目的是使偏差快些消除。总而言之，P的作用是将偏差迅速传递到输出端；I的作用是缓慢消除偏差；D的作用是快速消除偏差。

雷达天线控制系统的设计.doc

雷达天线控制系统设计摘要本课题研究的雷达天线控制系统要求具有定位和等速跟踪功能，定位控制要求精度高、响应快，等速跟踪控制要求转速平稳。早期的雷达天控系统大多采用模拟电路实现，如需调整控制参数时，就要更换控制器中一些元件，同时受环境温度、外界干扰及元件老化等因素的影响，调节器参数都会发生变化，从而影响控制性能。一般的雷达天线的性能主要取决于其伺服系统的设计水平。伺服系统的设计包括结构设计和控制设计两部分，这两部分是相互影响紧密耦合的。一般所采用的设计方法是对结构系统和控制系统先分别设计，然后再根据要求进行调校，这往往会导致产品研制的周期长、成本高、性能差、结构笨重，不能保证伺服系统总体的综合性能最优。针对雷达天线伺服系统设计中存在的结构设计与控制设计相分离的问题，提出一种结构与控制集成优化设计的模型，即采用手轮控制和电路自动化控制相结合的方式完成。本文以雷达天线控制系统的研制为背景，设计了系统总体方案。雷达为机动型远程警戒雷达，天线在圆周360°方位中进行运转工作，在伺服系统中对天线的控制实现远程遥控和人工控制。工作中为了有效的消除云雨气象杂波的干扰，利用空间电磁场和目标的特性，在伺服系统中对云雨气象杂波的干扰实现线极化和原极化的转换控制。对于天线360°圆周运转状态，需要通过处理变换并把360°圆周运转的模拟方位信号转换为数字方位信号，同时为雷达各个分系统提供出方位数据；通过方位处理可实现雷达寻北，对方位数据进行自动教北。天线在架设时应进行升降俯仰控制，通过控制可安全操作升降俯仰。关键词：雷达，天线，控制，精度，伺服

Radar antenna control system design Summary Research of radar antenna control system requires a positioning and velocity tracking, positioning control requires high precision and fast response, speed speed tracking control requirements, such as stable. Most of the early days of radar controlled systems used analog circuits, need to adjust control parameters, it is necessary to replace the controller components in and influenced by environmental factors such as temperature, outside interference and component aging effects, changes regulator parameters, thus affecting performance. General performance of radar antenna mainly depends on the level of its servo system design. Design of servo system design including design and control of two parts, interaction between these two parts are tightly coupled. General system design method is used to structure and control system design, respectively, and then adjusted according to the requirements, which often leads to long product development cycles, high cost, poor performance, structure of heavy, cannot ensure the overall performance of optimal servo system. For the radar antenna servo system design of structure and control design of phase separation problem, proposed a model of integrated optimization design of structure and control, using hand wheel completed the combination of control and automatic control circuit. With development of the radar antenna control system in the background of this article, designing the general scheme of the system. Radar-Mobile early warning radar, antennas work running in a circle of 360 ° azimuth, remote control for antenna servo system of control and manual control. In order to be effective in eliminating Cloud and rain weather clutter interference using spatial characteristics of electro-magnetic fields and the target, Cloud and rain in a servo system of weather clutter jamming transition control for linear polarization and the polarization. Aerial 360 °circle running condition, use the transform and simulation of running in a circle of 360 °azimuth direction of signal into a digital signal, while for the radar system with location data through North azimuth radar homing, on North azimuth data

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 。 6、比较计算：两电位器按电桥连接，完成减法运算*U U e -=（偏差）。 7、控制器：放大器，比例控制。 8、执行器：直流电动机及减速箱。

基于单片机的卫星天线伺服系统

2012年4月内蒙古科技与经济 A pril 2012 　第7期总第257期 Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .7T o tal N o .257 基于单片机的卫星天线伺服系统邢建钢,田世军 (内蒙古广播电影电视局501台,内蒙古呼和浩特　010070) 摘　要:介绍了卫星天线伺服系统的主要任务是使天线快速而准确地转动到应对准的目标卫星。针对各个跟踪系统的方案所具有的各自不同的针对性,探讨了天线伺服系统的最佳方案。关键词:卫星天线;稳定控制系统;单片机;步进电机中图分类号:T M 383.6∶T N 828　文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)07—0069—021　卫星天线伺服系统的硬件设计1.1　天线及其控制器硬件设计硬件是指单片机微处理器及其外围设备之和,包括:中央处理器、存储器、显示器、人机对话的键盘、D /A 转换器、A /D 转换器、接口电路和驱动电路等。微处理器是整个跟踪系统程序执行的核心,它负责完成被控对象的各种参数的判断、监控和处理;微电脑的接口是信息的传输通道,其主要作用是微处理器通过传输通道将电信号转换成各种驱动信息,来完成对外设的控制动作,其次是主机与外设之间负载的匹配、电平的转换和电器隔离等。执行机构是机械部分包括各种继电器、电机、电磁铁等。天线跟踪系统控制器的总体硬件结构图如图1 所示。图1　硬件系统框 1.2　天线控制器的硬件模块整个天线控制器的应用系统主要包含如下机构模块:单片机模块、电机驱动模块、信号采集提取模块。 1.2.1　单片机的选型笔者采用At m el 公司16位80C51系列单片机AT 89C 51结构,作为系统的主控芯片,分别控制方位电机和俯仰电机。作为主机负责控制方位电机和俯仰电机及其键盘处理等功能。1.2.2　信号采集取样模块采集取样模块包含了直流信号电平的采集。由于所需采集的电压值采样范围0～+7.5V,所以在选取的时候要用AD 574转换器A /D 转换,8位的数据格式输出。自动控制寻星系统信号的取样,一般采用卫星转发的信标信号,信标接收机传送给微处理器产生相应的控制信号,但对于本文的设计不合适,一是设备复杂,二是造价高。数字卫星接收机在自动控制寻星时,自身有一些检测,如信号强度显示、纠错等,这些功能反映了接收信号的各项指标,并且提供了提取接收信号电平的方法。信号的强弱可通过AGC 电平来反映。将A GC 电路提取的信号转换成对数,就是用分贝值表示了信号强度。但仅靠AGC 电平,是无法分辨出是原发信号还是噪声干扰信号。因此信号强弱的表示必须要和载噪比综合起来考虑。载噪比是反映数字机的一项重要指标,它的原理是计算接收信号星座的离散性。在传输信道中,噪声越大,离散性越大。所以对载噪比的检测要从计算星座的离散性入手,对接收到的每个符号,计算它的星座位置与理想位置的距离(矢量),然后求统计平均值。当统计平均值(离散度)越大,表明载噪比越差。除了噪声以外,干扰信号也会导致星座的离散。所以,上面计算的载噪比中实际上是载-噪比(C /N )和受干扰时的信-干比(SIR)。数字接收机也具有锁定检测功能,锁定检测包括两个方面的内容:其一载波锁定检测;二时钟锁定检测。当调谐器进行QP SK 解调时,调谐器本振信号与输入载波就实现了锁相,此时调谐器会输出一个CF (Carrier reco very Flag )标志。解调出数据信号,时钟开始恢复,并对接收的符号进行计数。在L ink 电路中使用了一个计数器对B8H 进行加减计数,B8H 是由204字节包中每过8个包翻转成的,同步字节是47H 。正向计数溢出时会产生(T iming lock Flag )标志。出现T F 标志意味着接收的T S 流已经实现同步,对于“盲扫”的接收机而言,确定了相邻B8H 字节的时间间隔还意味着搜索到了接收信号的符号率,也就是完成了对符号率的盲扫。 CF 标志和T F 标志进行逻辑“与”,就产生了锁定指示,即LK (Lo ck )指示。只要卫星接收机发出了锁定指示,就表示已经稳定了收到的信号。反之,当接收机失锁时,MP EG-2解码器停止解码,同时机器发出失锁告警,此时显视器上将显示黑屏或静帧。综上所述,数字卫星接收机的检测信号功能均在主机CPU 的控制下,由L ink 电路来完成。所有的检测结果可通过串行数据口输出,对应着ST i5518 ? 69? 收稿日期:2012-02-18

天线稳定转台系统结构设计技术研究.

舰船电子对抗 ! 4 ?((( 年?天线结构的力学分析在考虑天线的风载荷惯性载荷自重以、、 , 点主力骨架对反射体的支点及其附近的节点除外 % 其位移的绝对值越大 , , 。与变形前的及多种工况的情况下利用有限单元法对天情况比较变形后的反射面向后倾斜倾斜角?‘ 一? % , 线结构进行了多次力学分析计算 , 。、。根据计算这是由于支撑反射体的主力骨架受。结果对结构设计作了多次修改目的是在保力变形的缘故 , 由于天线电性能对倾斜角。?证天线结构具有足够的强度刚度和固有频率的前提下尽量减轻它的重量所采用的计算模型是把反射体主力骨架和馈源支架作为一个整体结构来考虑的有 ! ? #6 、。、不太敏感可以暂不考虑由于反射面向后倾 , 。斜而引起的节点位移在这种情况下反射面上所有节点位移的绝对值大大减小位移的均方根值由 # 4 , , 该计算模型包含、 # 4 ( 2 1 1 减小到? 4 # 4 ? 1 1 左右 , 个板壳元个节点、、??个梁单元?2 、个边 , 节点的最大位移由 62? 1 1 , 。?( , 1 1 减小到界元、 ! 22 。反射体的面板主力骨计算结果表明反射面的变形不 , 架馈源支架和风力平衡板均采用板壳元反射体的背筋映接反射体与

主力骨架的?个 6 ? 大天线结构具有足够的刚度能满足电性能要求 ! ?4 。形件以及主力骨架上的?个套筒用于联 ! 。。 4 ! 强度 , 接风力平衡板 % 均采用梁单元将天线系统与稳定转台方位轴的安装平面作为刚性约束?在风正吹的情况下最大应力出现在主力骨架中的背架与座架联接处的图力板4 Ζ 点参看本天线结构在风正吹时的力学计算模型如图所示。?% 。‘ 。根据第四强度理论该点处的相当应 4 , 一! ( ! Π 8 1 1 , 。背架与座架是通过铝 , ? ?6 % 焊接在一起的取许用应力 [司一 81 1 Δ 。? 2 Π 显然。 , 。’ ∴ [ ? ] 、这表明天线结构具有足够的强度 ! ? 4 4 ?固有频率?主天线的三阶固有频率和相应的振动方式如表型。所示?。图表示了主天线的一阶振表符图?固有频率与振动方式χ Ρ 号固有频率δ 4 % 振动方式式主天线对β 力学计算模型Ν ?Υ&Η ? 4 ?# 轴的扭转振动下面简要介绍利用Μ_ ?⊥ Ν Μ 、软件计算Χ洛 8 ?? 4 ??主天线对Ξ 轴的扭转振动主天线对Δ 轴的扭转振动 / ? 4 7 Μ Ν ? % 对天线结构进行力学分析。所得到的结果 ! ? 4 ?( 4 ?# ??刚度 , 在载荷作用下天线结构会发生变形节点产生位移就图 0 , 。 , ! 4 ? 4 重量重心与转动惯量 ;< 。、位移越小表明结构刚度越高 , 。天线系统的重量为?! # 天线时天线系统的重量为 , 不包括询问。 , 所示的直角坐标系α Ξ β , βΔ , 来说当风 , 0仍 ; < 正吹时在平行于轴的直线上反射面上。β 图 0 所示α Ξ : 0 3 βΡ 坐标系中天线系统重 , 坐标越大的节点其位移的绝对值越大 , 在平心〔、的坐标是Ξ 一# 4 β《Λ 、 62? 2 1 1 4 , Δ ‘ 一行于Ξ 轴的直线上Ξ 坐标绝对值越大的节一?2 221 第期天线稳定转台系统结构设计技术研究量轻转子惯量小过载能力强转矩一转速特 , , , 性的线性度好。。带有制动器时电机锁紧可 , , 靠试验结果表明该电机能满足舰载雷达舱室外设备的环境要求与它配套使用的变频器和适配变压器能满足舱室内设备的环境要。 , 求?4 该电机的应用对于减轻稳定转台的重量。是非常有利的 ! 稳定转台驱动系统的传动型式图 2 表示了稳定转台的驱动系统。方位。图一阶振型转台的驱动系统采用外置双曲柄少齿差行星Α 、天线系统对

一种无人机通信天线伺服系统的构建

一种无人机通信天线伺服系统的构建一种无人机通信天线伺服系统的构建摘要：介绍了一种定向数据通信天线伺服系统的实现。该天线伺服系统可以用于作用半径为150km的近程无人机地面测控天线跟踪，其系统跟踪体制采用GPS引导方式，具有实现简单、工作稳定、便于维护等特点。从系统设计原理出发，阐述了GPS引导跟踪算法，说明了系统组成和控制原理，提出了一些关键性设计要点和附加功能，并根据实际使用数据进行了归纳和分析，提出了简单可行的改进措施。关键词：无人机; GPS;天线伺服;数据链系统 ? 随着无人机技术的不断发展，对高带宽微波数据链路作用距离要求也随之提高，通过提高地面或机载的发射机功率和增加接收机灵敏度的方式已经无法满足远距离通信要求，而提高地面测控天线接收发射增益是一种行之有效办法，且不会增加机载通信设备重量和尺寸。定向通信天线因为在波束角范围内具有高增益而被广泛运用于中近程无人机的测控通信,天线通过定向辐射和接收信号的方式，将能量作用在有用范围，减少了能量耗散，提高了发射增益。但正是由于定向发射接收信号的特点，决定了该种天线必须配备一种引导跟踪系统才能用于无人机这种动态跟踪通信应用上。作为测控对象的近程无人机，因为有一定运动速度且距离较近，从而对地面测控天线伺服系统的跟踪角速度和加速度都有要求。对于近程无人机系统，设计和制造成本都受约束，所以实现简单稳定的天线伺服系

统是无人机的数据通信系统中一个重要组成部分。目前国内无人机测控定向天线多采用单通道单脉冲跟踪体制，通过信号相位关系来进行方位俯仰判断，需要一套复杂的天线伺服反馈系统，成本很高，维护检修技术要求较高。此外，在实际使用中，很容易受到干扰而导致天线乱转。本系统利用GPS引导方式和无刷伺服电机控制，实现了对螺旋定向天线（波束角小于24°，增益15dB）的方位角一维伺服控制。由于GPS信号具有比自跟踪的信号更加稳定、数字化更强、实现简单的特点，可用于无人机测控应用。经过实际长时间的应用验证，该系统跟踪效果可以满足要求，并具有一定预留扩展性。1系统框架系统可以进行GPS引导跟踪和定角度转动两种作用模式，并具有日志记录和界面显示功能。控制软件在遥控遥测计算机上运行。在定角度转动模式下，伺服电机控制回路根据给定的角度进行转动；在跟踪模式下，系统以一定周期(80ms)从遥测数据得到无人机位置，并根据本地位置以及当前天线转角确定转动角度，伺服电机控制回路执行转动。系统整体框架，本地GPS提供当前地面站位置和车头方向的数据，电动机控制器、位置编码器、伺服电机构成了伺服回路，带动减速器驱动转台旋转，光电开关是初始化时使天线对准车头的基准限位，并在运行过程中可以消除位置编码器累计误差。为实现转台任意旋转，系统中选用高频导电滑环进行转台上下两端的信号传输。 ? 2系统方案2.1转动角解算[1]在无人机(UAV)当前经纬度、本地经纬度、车头方向都已知的条件下，就可以利用图2所示关系求得无人机与车头方向的夹角，通过位置编码器可知当前天线方向，即可知天线转动角度。

天气雷达天线伺服控制系统研究

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:A The research on weather radar antenna servo control system QIAO 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 feedback 0 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)

雷达天线

雷达天线 1 雷达天线的简介雷达中用以辐射和接收电磁波并决定其探测方向的设备。雷达天线具有将电磁波聚成波束的功能，定向地发射和接收电磁波。雷达的重要战术性能，如探测距离、探测范围、测角(方位、仰角)精度、角度分辨力和反干扰能力均与天线性能有关。雷达天线在空间聚成的立体电磁波束，通常用波束的水平截面图(即水平方向图)和垂直截面图(即垂直方向图)来描述。方向图呈花瓣状，又称为波瓣图。常规的天线方向图有一个主瓣和多个副瓣。主瓣用于探测目标。副瓣又称旁瓣，是无用的，愈小愈好。雷达的战术用途不同，所要求的天线波束形状也不相同。常规雷达的发射波束和接收波束是相同的，一些特殊体制的雷达，发射波束和接收波束不同。脉冲雷达多数是发射和接收共用一个天线，靠天线收发开关进行发射和接收工作状态的转换。有些雷达(如多基地雷达和连续波雷达)，其发射天线和接收天线是分开的。 2 雷达天线的种类雷达天线类型很多，按其结构形式，主要有反射面天线和阵列天线两大类。按天线波束的扫描方式，雷达天线可分为机械扫描天线、电扫描天线和机电扫描结合的天线反射面天线由反射面和辐射器组成。辐射器又称馈源、辐射元、照射器，它向反射面辐射电磁波，经反射形成波束。典型的反射面天线是旋转抛物面天线，切割抛物面天线、抛物柱面天线、卡塞格伦天线、单脉冲天线、叠层波束天线、赋形波束天线和偏馈天线等多种形式。机械扫描天线通过机械的方法驱动天线转动，实现天线波束在方位和仰角二维的扫描，扫描的速度较慢。电扫描天线，天线固定不动，波束在方位和仰角二维的扫描，都是用电子技术控制阵列天线上各辐射单元的馈电相位或工作频率来实现，波束扫描的速度很快。机电扫描结合的天线一般是方位扫描由机械驱动天线旋转进行，仰角扫描由电子技术控制各辐射单元的馈电相位或工作频率来实现，因此其方位扫描较慢，仰角扫描很快。有时也把机电扫描结合的天线叫一维电扫描天线。

自动控制原理课程设计-雷达天线伺服控制系统要点

雷达位置伺服系统校正班级： 0xx班学号： xx 姓名： xx 指导老师： x老师 —2011.12

雷达位置伺服系统校正一、雷达天线伺服控制系统 (一) 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。图1-1 雷达天线伺服控制系统原理图 (二) 系统的组成从图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、执行机构。以上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。

舰载雷达稳定平台设计说明书.docx

目录 1.引言 (2) 2.稳定平台的性能要求 (2) 3.稳定平台的组成及工作原理 (3) 4.机电式稳定平台驱动系统传动形式 (4) 5.舰载雷达稳定平台控制系统框图 (5) 6.单片机的选择 (6) 1)8051单片机基本组成 (7) 2)复位电路及时钟电路 (8) 7.外扩RAM的选择 (8) 1)外存储器的选择 (8) 2）SRAM6264与单片机的连接方法 (9) 8.角位移传感器的选择 (10) 9.A/D转换器的选择 (11) 10.角位移传感器与A/D之间运放电路的设计 (12) 11.陀螺仪的选用 (13) 12.D/A转换器的选择 (15) 13.DAC0832外接运算放大器的设计 (17) 14.伺服单元以及交流伺服电机的选择 (18) 15.电源的设计 (19) 16.结语 (21) 17.参考文献 (22)

舰载雷达稳定平台设计说明书题目说明:两自由度稳定平台用于保证船载雷达不受海浪颠簸的影响,始终保持雷达底座得水平.使用时在运动平台上安装两个角位移传感器,实时检测平台的位姿.而后根据测量得到的平台转角包括俯仰和滚动角度,来控制电机进行角度补偿,从而保证上平台始终水平。为保证控制精度，系统采用伺服电机作为驱动部分。 1、角位移传感器检测电路 2、伺服电机驱动电路 3、单片机及其接口电路 4、系统结构图 1. 引言舰载雷达的天线座通常由方位转台和双轴稳定平台组成。它安装在舰艇桅杆的顶部，工作在海洋环境中。由于舰艇以及安装在舰艇桅杆顶部的天线座和安装在天线座方位转台上的雷达天线受海上风浪的扰动而产生纵、横摇及垂荡(升沉)运动，使得方位水平基准不断地发生变化，而舰艇摇荡运动和遭遇风浪均属随机过程变量，使雷达天线探测波束受舰艇摇摆的影响而不稳定，常会使被探测目标丢失，所以舰载雷达通常必须设置稳定平台，使稳定平台的纵摇和横摇驱动系统补偿舰艇的摇摆运动，使方位轴的轴线和水平面保持垂直，从而保证天线在水平面内作方位旋转运动，目标也不会因舰艇摇摆而丢失，确保了对空、对海探测的精度，保证了舰载雷达的正常工作。 2.稳定平台的性能要求对于舰载警戒雷达来说，它的天线座通常是由方位转台和双轴稳定平台组成的。它安装在舰船桅杆的顶部，工作在海洋环境中。在伺服系统的控制下，方位转台的驱动系统能使天线以所需要的转速旋转。稳定平台的纵摇和横摇驱动系统能补偿舰船的摇摆运动，使方位轴的轴线与水平面保持垂直，从而保证天线在水平面内作方位旋转运动。舰载雷达稳定平台必须满足下述性能要求： (1)稳定平台架设在舰艇上，基座是不稳定的。因为舰艇在航行时会发生纵摇、横摇、升沉及航向改变。根据舰艇的摇摆幅度和摇摆周期，稳定平台的纵摇和横摇驱动系统必须满足架设在方位转台上

浅谈雷达伺服系统的设计

270 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