船载通信天线控制系统的稳定设计

2010-08-26 20:40:03来源: 互联网

      为了完成远洋航天测控和通信业务,大型精密跟踪天线要安装在测控和通信测量船上。由于船体受海浪影响,而发生随机性摇摆(横摇、纵摇、偏航)会使天线视轴晃动,容易造成窄波束天线跟踪性能下降,甚至造成丢失目标。为准确跟踪目标,减小载体运动给天线跟踪带来的扰动,需建立一套抗扰动稳定系统,使天线输出视轴隔离船体扰动而稳定在惯性空间坐标系。保证系统的跟踪能力和跟踪性能的要求。

      为了有效实现抗扰动功能,传统的方案上需要同时采用多模式补偿,利用至少6个速率陀螺检测船体的三维扰动信息和天线主动的旋转信息,根据天线三轴(方位轴、俯仰轴、横切轴)结构,结合前馈开环补偿和反馈闭环补偿,实现对扰动的隔离。方案设计复杂、陀螺使用量大且冗余度不够。

      1 船体三维扰动对三轴天线视轴的影响

      三轴天线系统(横切轴C、方位轴A、俯仰轴E),是在传统的A-E型座架基础上,在俯仰轴上叠加与之垂直的横切轴,横切轴垂直于电轴。当俯仰角E=0°时,横切轴与方位轴重合;当俯仰角E=90°时,横切轴与方位轴垂直。

      当船体以角速度矢量ωz=(ωpωyωh)表示扰动。其中:ωy为船横摇速度,ωp为船纵摇速度,ωh为船航向速度。船摇参数的变化转换到横倾轴、方位轴、俯仰轴的速度分量,如图1所示。设ωRE为船摇附加的方位速度,ωRC为船摇附加的横倾速度,ωRE为船摇附加的俯仰速度甲板坐标系:OXc为船艏艉线,艏为正,OYc为垂直甲板平面,向上为正,OZc按右手规确定。

      由图l(a)可得:

      当A=0°时,纵摇速度为ωp=0,只有横摇量ωy;当A=90°时,横摇速度为ωy=0,只有纵摇量ωp。在天线主动驱动和载体扰动的共同作用下,天线各轴的总的旋转速度为:

      式(2)~式(4)是船体三维扰动在天线三轴上的反映,伺服控制系统可以采用开环补偿消除其对天线跟踪的影响。式(5)~式(7)是天线三轴在惯性空间总的转动信息,伺服控制系统可以采用闭环方式消除其对天线跟踪的影响。因此,设法正确测量出这些信息,并采取合适的控制模式,抑制扰动使天线快速、稳定跟踪目标是伺服系统抗扰动设计的核心。

      2 抗扰动设计

      船摇扰动是作为一种干扰信号引入伺服系统,稳定控制的原理就是检测这种干扰,采取闭环或开环方式降低或消除其影响。扰动隔离方法主要有:速率陀螺前馈补偿、速率陀螺反馈控制、复合控制等方法。由于陀螺闭环控制本质上是误差调整方式。陀螺测量出的是综合扰动信息,无法区分扰动信息分量和随动信息分量。所以陀螺环路在对扰动信息进行抑制的同时,也对天线的主动运动进行动态抑制,降低了系

      统的响应速度,同时使系统的稳定性变差。相对而言,前馈补偿是开环调整方式,测量出的就是扰动信息,把此信息加入速度环的输入端,使天线轴以与船摇相反的速度转动,起到补偿作用。同时,由于不改变跟踪环路的结构和参数,使系统的带宽不受影响、环路的稳定性好。

      2.1 补偿原理

      前馈补偿的方法是使天线向与扰动相反的方向转动,以克服扰动的影响。依据上述三维扰动在天线三轴上的反映,合理设计陀螺的安装位置,使之感应出船摇引起的天线三轴相对于惯性空间的运动速度,把这种运动速度作为对天线的扰动,加入速度环的输入端,使天线轴转动与船摇方向相反、大小相等的速度量,起到抑制作用。

[1] [2]

关键字:通信  天线  控制  控制系统

编辑:金子 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2010/0826/article_1213.html
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