CN111799557B - 一种抑制pid控制震荡的卫星天线驱动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，包括卫星天线开始寻星或跟星；获取当前卫星天线对准目标卫星的目标方位值和目标俯仰值；获取当前卫星天线的实际方位值和实际目标值；判断当前目标方位值与实际方位值之间的误差是否大于预设的目标方位误差阈值或当前目标俯仰值与实际俯仰值之间的误差是否大于预设的目标俯仰误差阈值，若“是”，使用比例控制算法计算补偿占空比；若“否”，步使用比例‑微分‑积分控制算法计算补偿占空比；根据补偿占空比控制卫星天线的驱动系统调整天线的位置。这种方法的优点在于：防止在卫星寻星和跟星过程中因误差过大引起的PID控制震荡，使系统平滑回位；防止系统过载，保护系统硬件。

Description

一种抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法
技术领域
本发明涉及卫星天线控制方法，具体而言，涉及一种抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法。
背景技术
寻星是使用卫星天线的重要步骤，只有当天线正确对准卫星的位置时，天线才能正确、稳定得接收到来自卫星的通信信号。卫星天线在使用时卫星的位置会发生移动，卫星天线本身的位置也会发生移动，因此卫星天线在寻星和跟星过程中需要实时计算卫星天线的角度并通过伺服器驱动天线对准卫星。天线在转动过程中实际对准的实际位置往往和对准卫星的目标位置产生一定的误差，因此卫星天线在伺服控制过程中通常会使用PID控制对卫星天线的寻星和跟星动作进行补偿，从而使卫星天线能够更加准确的对准卫星，提高信号传输的质量。
当卫星天线在移动过程中使用时需要随时调整天线调整的位置，此时卫星对准的方向容易产生较大误差。在这种情况下，现有技术一般使用传统的PID控制，其为了增强误差补偿的实时性会相应的增强控制增益，这会导致卫星天线伺服控制动作的加大。但是，增强增益控制会降低控制的稳定性，加大PID调节引起的震荡，严重的震荡会导致伺服器频繁控制天线调整角度，增加系统过载的风险。另一方面，为了抑制超调、震荡又需要降低控制增益，这样实时性得不到保障。
综上所述，需要提供一种抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其能够克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其能够克服现有技术的缺陷。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现。
本发明的一个实施方式提供了一种抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法,其中所述抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法包括多个步骤：
步骤1：卫星天线开始寻星或跟星；
步骤2：获取当前卫星天线对准目标卫星的目标方位值和目标俯仰值；
步骤3：获取当前卫星天线的实际方位值和实际目标值；
步骤4：判断当前目标方位值与实际方位值之间的误差是否大于预设的目标方位误差阈值，若“是”，执行步骤7；若“否”，执行步骤5；
步骤5：判断当前目标俯仰值与实际俯仰值之间的误差是否大于预设的目标俯仰误差阈值，若“是”，执行步骤7；若“否”，执行步骤6；
步骤6：根据目标方位值、目标俯仰值、实际方位值和实际目标值使用比例控制算法计算补偿占空比，然后执行步骤7；
步骤7：根据目标方位值、目标俯仰值、实际方位值和实际目标值使用比例-微分-积分控制算法计算补偿占空比；
步骤8：根据补偿占空比调整卫星天线对准卫星；
步骤9：判断卫星天线是否停止寻星或跟星，若“是”，处理结束。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述步骤8：判断卫星天线是否停止寻星或跟星，若“否”，再次执行步骤2。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述目标方位值和目标俯仰值是指根据目标卫星的位置和卫星天线本身的位置计算或查表获得的卫星天线对准目标卫星时应当指向的方位值和俯仰值。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述实际方位值和实际目标值是指卫星天线当前实际指向的方位值和目标值。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述步骤6：根据目标方位值、目标俯仰值、实际方位值和实际目标值使用比例控制算法计算补偿占空比包括：
步骤601：根据目标方位值和实际方位值使用比例控制算法计算方位补偿占空比；
步骤602：根据目标俯仰值和实际俯仰值使用比例控制算法计算俯仰补偿占空比。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述步骤7：根据目标方位值、目标俯仰值、实际方位值和实际目标值使用比例-微分-积分控制算法计算补偿占空比包括：
步骤701：根据目标方位值和实际方位值使用比例-微分-积分控制算法计算方位补偿占空比；
步骤702：根据目标俯仰值和实际俯仰值使用比例-微分-积分控制算法计算俯仰补偿占空比。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述步骤8：根据补偿占空比调整卫星天线对准卫星：
步骤801：根据方位补偿占空比调整卫星天线对准卫星的方位位置；
步骤802：根据方位补偿占空比调整卫星天线对准卫星的俯仰位置。
该抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法的优点在于：使卫星天线更好的适应多种工作环境，当误差小于阈值时，系统使用PID对伺服控制进行调整，此时设定的增益值较大，保证系统的实时性；在误差大于阈值时，系统精度已经不满足要求，此时选用较小的增益，防止系统震荡，使系统平滑回位；同时本方法可防止系统过载，保护系统硬件。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1示出了根据本发明一个实施方式的卫星天线的系统结构的框图。
图2示出了根据本发明一个实施方式的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法的流程图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
图1示出了根据本发明一个实施方式的卫星天线的系统结构的框图，其中所述卫星天线包括天线A1、调制解调器A2、天线伺服系统A3、天线控制器A4,天线A1和调制解调器A2连接，调制解调器A2与天线控制器A4连接，天线伺服系统A3分别与天线A1和天线控制器A4连接。天线控制器A4通过天线伺服系统A3控制天线A1对准和跟踪卫星。
图2示出了根据本发明一个实施方式的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法的流程图。如图2所示，所述抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法包括多个步骤：
步骤1：卫星天线开始寻星或跟星；
步骤2：获取当前卫星天线对准目标卫星的目标方位值和目标俯仰值；
步骤3：获取当前卫星天线的实际方位值和实际目标值；
步骤4：判断当前目标方位值与实际方位值之间的误差是否大于预设的目标方位误差阈值，若“是”，执行步骤7；若“否”，执行步骤5；
步骤5：判断当前目标俯仰值与实际俯仰值之间的误差是否大于预设的目标俯仰误差阈值，若“是”，执行步骤7；若“否”，执行步骤6；
步骤6：根据目标方位值、目标俯仰值、实际方位值和实际目标值使用比例控制算法计算补偿占空比，然后执行步骤7；
步骤7：根据目标方位值、目标俯仰值、实际方位值和实际目标值使用比例-微分-积分控制算法计算补偿占空比；
步骤8：根据补偿占空比调整卫星天线对准卫星；
步骤9：判断卫星天线是否停止寻星或跟星，若“是”，处理结束。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述步骤8：判断卫星天线是否停止寻星或跟星，若“否”，再次执行步骤2。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述目标方位值和目标俯仰值是指根据目标卫星的位置和卫星天线本身的位置计算或查表获得的卫星天线对准目标卫星时应当指向的方位值和俯仰值。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述实际方位值和实际目标值是指卫星天线当前实际指向的方位值和目标值。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述步骤6：根据目标方位值、目标俯仰值、实际方位值和实际目标值使用比例控制算法计算补偿占空比包括：
步骤601：根据目标方位值和实际方位值使用比例控制算法计算方位补偿占空比D1，计算公式为
D1＝Kp3e1(t)
其中e1(t)为根据目标方位值和实际方位值获得当前时刻的方位误差值，Kp3为预设的比例系数；
步骤602：根据目标俯仰值和实际俯仰值使用比例控制算法计算俯仰补偿占空比D2，计算公式为
D2＝Kp4e2(t)
其中e2(t)为根据目标俯仰值和实际俯仰值获得当前时刻的俯仰误差值，Kp4为预设的比例系数。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述步骤7：根据目标方位值、目标俯仰值、实际方位值和实际目标值使用比例-微分-积分控制算法计算补偿占空比包括：
步骤701：根据目标方位值和实际方位值使用比例-微分-积分控制算法计算方位补偿占空比D1，计算公式为：
Figure BDA0002558012760000051
其中e1(t)为根据目标方位值和实际方位值获得当前时刻的方位误差值，Kp1为预设的比例系数且Kp1>Kp3，Ti1为预设的积分系数，Td1为预设的微分系数；
步骤702：根据目标俯仰值和实际俯仰值使用比例-微分-积分控制算法计算俯仰补偿占空比D2，计算公式为：
Figure BDA0002558012760000052
其中e2(t)为根据目标俯仰值和实际俯仰值获得当前时刻的俯仰误差值，Kp2为预设的比例系数且Kp2>Kp4，Ti2为预设的积分系数，Td2为预设的微分系数。
根据本发明的上述一个实施方式提供的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其中所述步骤8：根据补偿占空比调整卫星天线对准卫星：
步骤801：根据方位补偿占空比D1调整卫星天线对准卫星的方位位置；
步骤802：根据方位补偿占空比D2调整卫星天线对准卫星的俯仰位置。
该抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法的优点在于：使卫星天线更好的适应多种工作环境，当误差小于阈值时，系统使用PID对伺服控制进行调整，此时设定的增益值较大，保证系统的实时性；在误差大于阈值时，系统精度已经不满足要求，此时选用较小的增益，防止系统震荡，使系统平滑回位；同时本方法可防止系统过载，保护系统硬件。
当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。

Claims (4)

1.一种抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其特征在于，所述抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法包括多个步骤：
步骤1：卫星天线开始寻星或跟星；
步骤2：获取当前卫星天线对准目标卫星的目标方位值和目标俯仰值；目标方位值和目标俯仰值是指根据目标卫星的位置和卫星天线本身的位置及卫星天线载体姿态计算及坐标变换获得的卫星天线对准目标卫星时应当指向的方位值和俯仰值(基准为地理坐标系，其它坐标系下需做对应的坐标变换)；
步骤3：获取当前卫星天线的实际方位值和实际俯仰值；实际方位值和实际目标值是指卫星天线当前实际指向的方位值和俯仰值；
步骤4：判断当前目标方位值与实际方位值之间的误差是否大于预设的目标方位误差阈值，若“是”，执行步骤7；若“否”，执行步骤5；
步骤5：判断当前目标俯仰值与实际俯仰值之间的误差是否大于预设的目标俯仰误差阈值，若“是”，执行步骤7；若“否”，执行步骤6；
步骤6：根据目标方位值、目标俯仰值、实际方位值和实际俯仰值使用比例控制算法计算补偿占空比，
包括：
步骤601：根据目标方位值和实际方位值使用比例控制算法计算方位补偿占空比D1，计算公式为
D1＝Kp3e1(t)
其中e1(t)为根据目标方位值和实际方位值获得当前时刻的方位误差值，Kp3为预设的比例系数；
步骤602：根据目标俯仰值和实际俯仰值使用比例控制算法计算俯仰补偿占空比D2，计算公式为
D2＝Kp4e2(t)
其中e2(t)为根据目标俯仰值和实际俯仰值获得当前时刻的俯仰误差值，Kp4为预设的比例系数；
然后执行步骤7；
步骤7：根据目标方位值、目标俯仰值、实际方位值和实际目标值使用比例-微分-积分控制算法计算补偿占空比；
包括：
步骤701：根据目标方位值和实际方位值使用比例-微分-积分控制算法计算方位补偿占空比D1，计算公式为：
Figure FDA0003014901620000021
其中e1(t)为根据目标方位值和实际方位值获得当前时刻的方位误差值，Kp1为预设的比例系数且Kp1>Kp3，Ti1为预设的积分系数，Td1为预设的微分系数；
步骤702：根据目标俯仰值和实际俯仰值使用比例-微分-积分控制算法计算俯仰补偿占空比D2，计算公式为：
Figure FDA0003014901620000022
其中e2(t)为根据目标俯仰值和实际俯仰值获得当前时刻的俯仰误差值，Kp2为预
设的比例系数且Kp2>Kp4，Ti2为预设的积分系数，Td2为预设的微分系数；
步骤8：根据补偿占空比调整卫星天线对准卫星；
步骤9：判断卫星天线是否停止寻星或跟星，若“是”，处理结束；若“否”，再次执行步骤2。
2.如权利要求1所述的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其特征在于，所述目标方位值和目标俯仰值是指根据目标卫星的位置和卫星天线本身的位置计算及坐标变换获得的卫星天线对准目标卫星时应当指向的方位值和俯仰值。
3.如权利要求1所述的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其特征在于，所述实际方位值和实际目标值是指卫星天线当前实际指向的方位值和目标值。
4.如权利要求1所述的抑制PID控制震荡的卫星天线驱动控制方法，其特征在于，所述步骤8：根据补偿占空比调整卫星天线对准卫星：
步骤801：根据方位补偿占空比调整卫星天线对准卫星的方位角；
步骤802：根据方位补偿占空比调整卫星天线对准卫星的俯仰角。
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