基于加速度回路的天线随动系统控制器设计

摘要：为了解决天线随动系统所存在的振颤现象和全数字化实现等问题，介绍了一种基于加速度回路的全数字化天线随动系统控制器，该系统以DSP芯片TMS320F2812为核心控制芯片，采用速率陀螺平台稳定系统、数字PID控制算法和脉宽调制驱动方式，通过引入加速度回路抑制系统的高频振荡，极大地改善了系统的稳定性和动态品质，具有极高的应用价值。
关键词：加速度回路；天线随动系统；平台稳定系统；PID；脉宽调制

0 引言
随动系统亦称为伺服系统，其广泛应用于卫星通信、自动驾驶仪、天线位置控制、导弹和飞船的制导等各个领域。在导弹制导领域中，随动系统的应用极其重要，其涉及到目标准确跟踪、制导精度、作战性能等关键因素，随动系统控制器作为整个导弹制导系统的核心，其性能好坏直接影响着系统的整体性能。
文献提出导引头随动控制系统设计方案，通过理论分析和仿真验证表明，这种随动系统具有较好的搜索和跟踪性能。但是，在实际应用中，由于高频振荡的存在，对随动系统的高跟踪精度和整体性能影响较大。针对这种问题，本文从天线随动系统的控制方案出发，以实现随动系统的快速动态响应特性、高质量的稳态精度和较强的非线性干扰能力为目的，通过仿真详细分析了随动系统的各种功能特性。巧用速度微分即加速度负反馈的方法，引入加速度反馈回路，增加系统阻尼，在减小超调的同时，抑制尖峰干扰，极大地提高了天线随动系统的整体性能。

1 系统结构及工作原理
本系统设计采用内外双框架结构，内框架为俯仰框架，外框架为方位框架。内外框架均安装有直流力矩电机、测角电位计和速率陀螺，由它们共同实现天线的方位和俯仰运动。系统结构如图1所示。

控制系统由测角电位计、速率陀螺、A／D电路、DSP控制器、PWM功率驱动电路、直流力矩电机构成。A／D电路将电位计和速率陀螺输出的模拟信号转换为数字信号，被动雷达接收机作为测角装置给出误差角度信号，在DSP控制器中完成PID控制算法，并给出PWM信号，再经PWM功率驱动电路驱动直流力矩电机，从而完成对天线的全数字化控制。

2 系统设计与仿真
2．1 系统控制原理框图
本系统所采用的是速率陀螺稳定平台式天线随动跟踪系统方案，从原理上说，可称为“平台式随动系统”，它既能隔离载体角运动对天线电轴的铰链，又能使天线电轴快速准确地跟踪视线，并且当被动雷达接收机停止工作时，天线电轴能保持在导航坐标系总的指向稳定不变。该方案的控制原理框图以及各个角度之间的关系如图2所示。