大型船载测控伺服系统自适应带宽技术研究

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1、大型船载测控伺服系统自适应带宽技术研究胡金辉HUJin-hui；陈晓阳CHENXiao-yang；耿家涛GENGJia-tao；喻鹏YUPeng（中国卫星海上测控部，江阴214431）（ChinaDepartmentofSatelliteMarineTrackControl，Jiangyin214431，China）摘要：本文针对船载大型测控系统伺服跟踪带宽相对固定的特点。从系统中直流伺服永磁电机为执行元件进行分析，将模糊控制理论引入数字型功放精确控制系统的运动速度。在稳定的开环控制情况下实现紧密跟踪目标能力，达到系统带宽和跟踪精度的最佳状态。Abstract:Thisart

2、iclefocusesonthepropertythatthetrackingbandforlargeshipisrelativelyfixed.ItstartsfromanalyzingthesystemofpermanentmagDCservomotorasanexecutiveponent,andintroducesfuzzycontroltheoryintothespeedofdigitalpoplifierprecisemotioncontrolsystemtoachieveaclosetrackingunderthestabilityoftheopenloopco

3、ntrol,andthebeststateofsystemband，力矩系数1.33N·m/A，转动惯量0.38kg·m2，最高转速2000r.p.m，制动力矩100N·m，机电时间常数25.4.5ms，电气时间常数5ms，角速度大于30°/S；角加速度大于25°/s2；跟踪精度均方差优于0.01°。完全能够驱动测控天线伺服系统稳定运转。1.2测控系统工作原理测控系统采用单脉冲跟踪体制，它是目前应用最广泛的体制。为了获得目标方向信息，需要在同一瞬间对数个天线波束收到的回波信号进行比较，目标进入天线波束反映在示波器界面上有方位X方向和俯仰Y方向的运动，当电轴对准目标时，误差信号

4、为零，此时天线不转动；当目标偏离轴向时时，将会出现方位和俯仰误差角，伺服系统将移动直至完成对目标的跟踪。上述就是天线指向和目标间的运动原理。当跟踪较远目标时，方位X方向和俯仰Y方向之间的角速度较小，为减小误差，提高跟踪精度，就需要降低系统带宽；当跟踪目标距离较近时，方位X方向和俯仰Y方向之间的角速度较大，这时就需要提高系统带宽，有利于减小跟踪滞后误差。[3]根据以上测控原理，伺服系统定义一个采样计算周期为一个系统周期。[7]每个系统周期到来时，系统采样并保持信号，由DSP（数字信号处理器）将采样数据读取至片内存储器，运算后得到下阶段电机运动的角速度，并改写DSP上的两个定时器

5、，产生伺服电机需要的矩形脉冲，输出时由门控信号选择传递给伺服电机的正转脉冲输入或反转脉冲输入信号线，控制伺服电机运动。[4]这样单个伺服电机的角速度为阶跃信号，即在一个系统周期T内角速度保持不变，第n个系统周期角速度ω（t）=ω（n）[U（t-nT+T）-U（t-nT）]，（n-1）T≤t＜nT。系统加速度为系统周期结束时刻的冲击信号，第N个系统周期角加速度α（t）=αδ（t-nT），（n-1）T＜t≤nT。由于系统周期的存在，可以认为此控制系统中的信号为离散量。在目标空域建立球坐标系，球心为测控系统所在位置。建立系统示意框图，如图2所示。图2中θ（n）为目标在方位（俯仰）面

6、上投影的角度，θ′（n）为天线轴向在方位（俯仰）面上投影的角度，D（n）为在方位（俯仰）面上目标偏离天线轴向的角度，V（n）为天线对输出的低频电压差，ω（n）为输出预测角速度。其中，偏角D（n）=θ（n）-θ′（n）；电压差V（z）=G（z）D（z），G（z）由天线的方向图和接收机部分的传递函数决定。信号V（n）经过非线性系统N，输出预测角速度序列ω（n），反馈量θ′（n）=θ′（n-1）+ω（n）T，2模糊控制速度系统及规则非线性环节N在速度控制中起着核心作用，描述函数ω（n）=kV（n）V（n），这里V（n）指信号电压差序列，ω（n）指预测角速度序列。[7]V（n）的变化

7、量ΔV（n）输入给模糊控制器，模糊控制器再给出非线性系统的参数E的变化量ΔE。描述函数中E=E′+ΔE，E′为系统值。模糊控制器的输入量V（n）模糊子集为{NB，NS，0，PS，PB}，ΔV（n）经比例调节至量化等级分别为[-2，-1.5，-1，0，1，1.5，2]中变化的连续量，此连续量经过模糊成为7个语言值：{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，子集中的元素分别代表负大、负小、零、正小、正大。选取典型三角隶属度函数为输出量隶属度函数。经过模糊判定后输出模糊量ΔE，见表1。[2]ΔE采用隶属度函