CN202548604U - 单脉冲自动跟踪天线伺服控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单脉冲自动跟踪天线伺服控制系统，其包括轴角位置闭环工作模式和空间自跟踪闭环工作模式；轴角位置闭环工作模式包括分别用于控制天线俯仰轴和方位轴的两路闭环控制系统；其中俯仰轴的闭环控制系统包括工控机、伺服运动控制卡、第一驱动器、第一电机、第一减速器、第一旋转变压器；方位轴的闭环控制系统与俯仰轴闭环控制系统的结构相同，两者共用同一台工控机和伺服运动控制卡；空间自跟踪闭环工作模式包括一用于检测天线指向角偏差信号的跟踪接收机，轴角位置闭环工作模式和空间自跟踪闭环工作模式经由工控机的控制指令进行切换。本实用新型为单通道单脉冲跟踪体制，对火箭的跟踪天线进行控制和自动跟踪，控制比较精确。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种单脉冲自动跟踪天线伺服控制系统。
背景技术
随着我国两弹一星技术和空间科学研究事业的发展，对火箭的地面遥测接收和跟踪天线的控制技术也提出了越来越高的要求。其中，以固体燃料为动力的火箭，由于其发射和飞行中具有较大的加速度，初始状态难以准确预计，使得对火箭的捕获、跟踪，对跟踪天线的控制具有一定的难度。因此迫切需要一种可对火箭实施跟踪的天线伺服控制系统。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种可对火箭进行全程自动跟踪的单脉冲自跟踪天线伺服控制系统。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种单脉冲自动跟踪天线伺服控制系统，其关键技术在于：其包括轴角位置闭环工作模式和空间自跟踪闭环工作模式；
所述轴角位置闭环工作模式包括分别用于控制天线俯仰轴和方位轴的两路闭环控制系统；其中所述俯仰轴的闭环控制系统包括工业控制计算机、伺服运动控制卡、第一驱动器、第一电机、第一减速器、第一旋转变压器；所述工业控制计算机的I/O口接伺服运动控制卡的相应输入端，所述工业控制计算机的D/A输出端接伺服运动控制卡的相应输入端，所述伺服运动控制卡输出端接第一驱动器的控制端，所述第一驱动器驱动控制第一电机，所述第一电机经第一减速器连接俯仰轴，所述第一旋转变压器将检测的俯仰轴的旋转角度经A/D转换器接工业控制计算机的相应输入端；所述方位轴的闭环控制系统与俯仰轴闭环控制系统的结构相同，两者共用同一台工业控制计算机和伺服运动控制卡；
所述空间自跟踪闭环工作模式包括一用于检测天线指向角偏差信号的跟踪接收机，所述跟踪接收机的方位角偏差信号输出端以及俯仰角偏差信号输出端分别接所述伺服运动控制卡的相应输入端；
所述轴角位置闭环工作模式和空间自跟踪闭环工作模式经由工业控制计算机的控制指令进行切换，所述轴角位置闭环工作模式是经由第一或第二旋转变压器将角度信号输出至工业控制计算机，所述空间自跟踪闭环工作模式是经由跟踪接收机将天线指向角偏差信号输出至伺服运动控制卡或工业控制计算机。
上述伺服运动控制卡的型号为PCI-8132。
上述旋转变压器的型号为36XWZ00。
进一步的改进，还可设置一个伺服控制箱，将所述工业控制计算机、伺服运动控制卡、第一和第二驱动器以及A/D转换器集成于伺服控制箱内。
本实用新型的工作原理是：工业控制计算机将指令信号与旋转变压器（即轴角传感器）输出的角度信号相比较，差值信号经I/O口馈给伺服运动控制卡，在伺服运动控制卡中对信号进行放大整形后馈给第一或第二驱动器，第一或第二驱动器输出功率信号驱动第一或第二电机，第一或第二电机通过减速器转动天线指向。改变指向后的天线轴角再经第一或第二旋转变压器输出反馈给工业控制计算机，再与指令信号相比较，产生新的差值信号，周而复始，形成闭环负反馈回路。两个回路原理过程相同。以上是轴角闭环工作模式。空间自跟踪闭环工作模式工作原理以及信号流向与之相同，只是将旋转变压器输出的角度信号换成跟踪接收机输出的天线指向角偏差信号。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型为单通道单脉冲跟踪体制，并且设计使用了轴角位置闭环工作模式和空间自跟踪闭环工作模式，可根据需要对天线进行自动控制，进而实现对火箭的捕获、跟踪，控制比较精确；本工业控制计算机的A/D输入接口直接读取方位与俯仰的跟踪误差信号，然后转换成电压信号送给第一或第二电机来驱动天线对准目标。
附图说明
附图1是本实用新型的原理框图；
其中1代表俯仰轴，2代表方位轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
参见附图1，本实用新型包括轴角位置闭环工作模式和空间自跟踪闭环工作模式；
所述轴角位置闭环工作模式包括用于控制天线俯仰轴1和方位轴2的两路闭环控制系统；其中所述俯仰轴1的闭环控制系统包括工业控制计算机、伺服运动控制卡、第一驱动器、第一电机、第一减速器、第一旋转变压器；所述工业控制计算机的I/O口接伺服运动控制卡的相应输入端，所述工业控制计算机的D/A输出端接伺服运动控制卡的相应输入端，所述伺服运动控制卡输出端接第一驱动器的控制端，所述第一驱动器驱动控制第一电机，所述第一电机经第一减速器连接俯仰轴，所述第一旋转变压器将检测的俯仰轴的旋转角度经A/D转换器接工业控制计算机的相应输入端；所述方位轴2的闭环控制系统与俯仰轴闭环控制系统的结构和控制原理相同，这个闭环系统包括工业控制计算机、伺服运动控制卡、第二驱动器、第二电机、第二减速器、第二旋转变压器，两者使用共同的工业控制计算机（指工业控制计算机）和伺服运动控制卡，而其他的比如驱动器等部件是分开使用的。附图1中的AZ和EL分别代表方位角、俯仰角。
所述空间自跟踪闭环工作模式借助一用于检测天线指向角偏差信号的跟踪接收机来完成，所述跟踪接收机的方位信号输出端以及俯仰信号输出端分别接所述伺服运动控制卡的相应输入端，然后通过伺服运动控制卡输出信号来完成控制和调节。当启用空间自跟踪闭环工作模式时，跟踪接收机和工业控制计算机、伺服运动控制卡、第一或第二驱动器、第一或第二电机以及第一或第二减速器分别构成两个闭环工作系统，此时第一或第二旋转变压器信号不使用，其通过跟踪接收机来输出天线指向脚偏差信号。
所述轴角位置闭环工作模式和空间自跟踪闭环工作模式经由工业控制计算机的控制指令进行切换，分别完成对跟踪天线的不同阶段的控制跟踪。
所述伺服运动控制卡可采用凌华科技的型号为PCI-8132的伺服运动控制器，其为2轴步进和伺服运动控制卡。所述旋转变压器的型号可采用中电21所研制的型号为36XWZ00的产品，其也叫轴角传感器。工业控制计算机的机箱可采用研华的标准4U工业控制计算机，其D/A转换器可采用凌华科技的A823产品，其同意具有模数转换功能，工业控制计算机的I/O可采用凌华的ACL-7130产品，CPU采用AMD或Intel的相关产品，满足使用要求即可。第一或第二电机为交流伺服电机。
本实用新型中的第一或第二驱动器与电机配套，它本身带有码盘并构成一速度闭环系统，这样可以大大减小从驱动器、传动、电机、到负载的等效时常数，有利于提高整个系统的带宽和响应速度，且力矩特性好，可靠性高。第一或第二旋转变压器是检测天线轴角的器件，其最大误差为3′。SDC选用14位模块产品，激磁源采用该所生产的400Hz激磁源，这种产品早已被全国各地广泛使用。
本实用新型伺服控制回路按相关要求和自动控制理论进行参数设计和闭环回路调试，形成具有合适带宽的、稳定的二阶闭环系统。经过调试的回路天线要进行阶跃响应测试，主要目的是检测系统的暂态特性指标，亦即检验了系统的反应速度，即计算出目标偏离中心点时，天线对准到目标所需的最少时间。这是对机器的整体性能评价的标准之一。依据加速度，速度等因素，考虑单位角度，使天线座在最短时间内完成从0到1的阶跃，理想情况是天线座将开始过阻尼振荡，阻尼系数ζ取在0.4～0.7之间，使振荡周期不会超过1.5个周期。
工作时，工业控制计算机主要通过两种方式与监控台进行通信。通过串口接收监控台的指令并向监控台发送当前伺服的工作状态。通过网口接收理论弹道，在数字引导时接收引导数据。如通过RS232接口与监控计算机连接，接受监控计算机位置指令控制，并可向监控计算机传送伺服系统的状态参数，如各轴的指向位置角、转动角速度、接受误差电平、锁定与限位状态等。
本实用新型的空间闭环自动跟踪即天线方位、俯仰轴根据跟踪收机接收提供的角度跟踪误差进行零值跟踪，从而自动锁定跟踪目标。在接收遥控遥测信号的同时，天馈系统必须提供天线波束的轴心偏离角度，这个角度就是用接收机接收的角度跟踪误差。由此，便知道被跟踪目标的角度误差信息。相位比较单脉冲和幅度比较单脉冲跟踪设备体积小，简单和可靠。本方案采用相位比较单脉冲，相位比较单脉冲是两个彼此相邻天线接收同一目标信号，由接收目标的行程差来提供误差信号。
使用时，可将本实用新型中的相关设备和模块集成安装于一个伺服控制箱内，再用控制线缆把伺服控制箱和天线、馈源和伺服座架连接起来。为了保证系统的正常运转，必须按正常的开机和关机顺序执行，便可以保证系统良好多运行。在使用中，未打开系统主电源前一定要确保AZ电机开关、EL电机开关、控制器电源开关处于关闭状态。系统开机，伺服系统直接进入轴角位置闭环稳定状态。
Claims (4)
1.一种单脉冲自动跟踪天线伺服控制系统，其特征在于：其包括轴角位置闭环工作模式和空间自跟踪闭环工作模式；
所述轴角位置闭环工作模式包括分别用于控制天线俯仰轴（1）和方位轴（2）的两路闭环控制系统；其中所述俯仰轴（1）的闭环控制系统包括工业控制计算机、伺服运动控制卡、第一驱动器、第一电机、第一减速器、第一旋转变压器；所述工业控制计算机的I/O口接伺服运动控制卡的相应输入端，所述工业控制计算机的D/A输出端接伺服运动控制卡的相应输入端，所述伺服运动控制卡输出端接第一驱动器的控制端，所述第一驱动器驱动控制第一电机，所述第一电机经第一减速器连接俯仰轴，所述第一旋转变压器将检测的俯仰轴的旋转角度经A/D转换器接工业控制计算机的相应输入端；所述方位轴（2）的闭环控制系统与俯仰轴（1）闭环控制系统的结构相同，两者共用同一台工业控制计算机和伺服运动控制卡；
所述空间自跟踪闭环工作模式包括一用于检测天线指向角偏差信号的跟踪接收机，所述跟踪接收机的方位角偏差信号输出端以及俯仰角偏差信号输出端分别接所述伺服运动控制卡的相应输入端；
所述轴角位置闭环工作模式和空间自跟踪闭环工作模式经由工业控制计算机的控制指令进行切换，所述轴角位置闭环工作模式是经由第一或第二旋转变压器将角度信号输出至工业控制计算机，所述空间自跟踪闭环工作模式是经由跟踪接收机将天线指向角偏差信号输出至伺服运动控制卡或工业控制计算机。
2.根据权利要求１所述的单脉冲自动跟踪天线伺服控制系统，其特征在于：所述伺服运动控制卡的型号为PCI-8132。
3.根据权利要求1所述的单脉冲自动跟踪天线伺服控制系统，其特征在于：所述旋转变压器的型号为36XWZ00。
4.根据权利要求1-3任一项所述的单脉冲自动跟踪天线伺服控制系统，其特征在于：还包括一个伺服控制箱，将所述工业控制计算机、伺服运动控制卡、第一和第二驱动器以及A/D转换器集成于伺服控制箱内。
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