车载雷达稳定转台伺服控制系统仿真研究-论文.pdf

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1、羹堡主坌堑：selYuFen×车载雷达稳定转台伺服控制系统仿真研究冯瑗瑗丁锋(1．中国船舶重工集团公司第七二四研究所，江苏南京210003；2．东南大学自动化学院，江苏南京210096)摘要：应用滑模变结构控制理论，研究提出了一种高精度、具备较强抗干扰能力的车载雷达稳定转台伺服系统控制方法。建立了被控对象和控制系统的四阶数学模型，基于Matlab开展了计算机仿真实验，验证了滑模变结构控制器的控制效果，为工程应用奠定了基础。关键词：车载雷达；伺服控制系统；滑模变结构；计算机仿真0引言机的电枢电感；

2、K为电机反电动势系数；为电机轴的角位移；丁M为电机力矩；K为电机力矩常数；J为电机电枢转动惯量；随着科学的发展和技术的进步，雷达已经在军事和民生等T为弹性轴中的力矩(即作用于负载上的力矩)；N为齿轮箱减方面得到了广泛的应用。其中，车载雷达由于其灵活便捷的移速比；K为弹性轴的刚性；0L为传动架的角位移；J为负载惯动方式，应用更为普遍，展现出了巨大的潜力。量；FL为黏性摩擦常数。车载稳定转台为安装在车辆上的雷达天线提供了一个不受车辆运动影响的机械传动转台，它可以在车辆出现倾斜或转根据上述公式，设M为

3、电机轴的角速度，为输入到弹性向时，使天线始终保持某个固定的倾角和方向，保证雷达正常轴的角位移，为传动架的角速度，可以得到被控对象的系统工作。随着雷达技术的发展，车载雷达对稳定转台伺服控制系模型，如图2所示。统也提出了更高的要求[1]。弹性负载本文利用滑模变结构控制不需对系统内部参数和干扰量进行精确观测的特点，设计了基于滑模变结构控制的车载雷达稳定转台伺服系统，并通过与PID控制的对比证明了其优越性。1控制对象的机理模型本文所讨论车载雷达采用两轴稳定转台，天线目标给定图2系统模型的方框图角度分为方

4、位角度和俯仰角度，在不考虑方位环与俯仰环之间耦合的前提下，方位伺服电机和俯仰伺服电机分别控制天设系统控制参数为：Ro一2．48n，Lo=0．038H，J一0．0114kg·n-12，一0．489v／rad·S～，一O．898N·m／A，线转台在方位和俯仰2个自由度上转动，共同作用使天线指向预定方向。以方位控制为例，建立稳定转台方位控制系统N一309，KL一40000N·m／r，JL一150kg·m2。数学模型。伺服控制常用的控制方法是PID控制，一般采用位置一速考虑稳定转台的控制精度，对伺服系统

5、建立三质量数学模度双环控制。经过参数寻优，取得较理想的阶跃响应曲线，如型，即由电机、纯惯性负载以及连接二者的等效传递轴组成，其图3所示。可以看出，在对被控对象进行精确建模的情况下，组合模型如图l所示。PID控制能够取得较为理想的控制效果。2稳定转台伺服系统的摩擦模型本文采用一种比较典型的摩擦模型——Stribeck摩擦模型，它反映了不同摩擦阶段摩擦力矩与速度之间的关系。在不同阶段，接触面之间的相对运动速度是不同的，因此在稳态时摩擦力表现为相对速度的函数_2]，可以通过下列方程图1电机通过弹性轴驱

6、动负载的组合模型进行数学描述：利用电机学和自动控制理论的相关知识列出方程：当10(￡)l≤时，静摩擦为：U。一Eo+L(R+sL．)(1)rF(f)≥Eo=KsOM(2)FI(￡)一F()～Fm时，动摩擦为：T=K(一OL)(5)F，()一(+(—)P—qJ’)sgn[0(￡)]+志0(￡)(8)T=JLsOL+FLsOL(6)式中，()为转动角速度；a和a为非常小的正常数；Fs()为摩式中，为加在电机电枢两端的电

7、压；E为电机反电动势；L为擦力；F(￡)为驱动力；为最大静摩擦力；为库仑摩擦力；k电枢电流；R为电机的电枢电阻；S为复频域变量符号；L为电为黏性摩擦力矩比例系数。144ShejiyuFenxi量坌堑I一==]pBI／椒1OOO0其中，C1、C2、G为常数，其特征方程为P。+C3。+C2户+218642OmLomCl=O，根据劳斯～赫尔维茨判据可知，C1>O，>O，GCz>C-n1．0，■时线性系统稳定。：{对滑模面函数求导：=g+C3’+Cz；+C11如O0{=r(+c3‘+C2+C1—d0M～

8、c一b0L一口一1kak“(15){．1●●●●，●●j其中：{口=Czkl+Gk1k2+蹭+忌lk；+志3k46=C1+Gk+2k1k2+C2k2+；+kil=：矣囊衮穰方位r：；f—C2k3+C3k2k3+k1k3+脚志3+岛ksl1．5d=C3k3+愚2k3+‰k6t／s用指数趋近律方法设计控制律“：图3PID控制位置阶跃响应曲线=-~sgn(s)-ks(￡>O，志>O)(16)引入Stribeck摩擦模型代替图2里固定黏性摩擦常数瓦，j-ks是指数趋近项，其趋近速度从一个较大的值逐渐使得