基于加速度回路的天线随动系统控制器设计

摘要：为了插件电感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。

图2中，q为导航系的视线角；e为导航系的误差角；ψ，分别为载体的姿态角和角速度；为载体轴与天线电轴之间的夹角及其角速度；uT，uφ分别为被动雷达接收机、角位置传感器经过放大器KT，Kf的输出电压，它们都要输给载体控制系统；ηg为角速率陀螺仪的漂移；为被动雷达接收机(测向装置)的传递函数，τD为测角延迟时间；GPID(s)为PID调节器传递函数，Gc(s)为校正装置传递函数，其作用为增大系统带宽，提高系统解耦性能，同时超前网络校正环节可以改善系统的φ和uT的输出，减弱输出产生的纹波；Gd(s)为伺服电机减速器及负载的传递函数；Gg(s)为角速率陀螺仪的传递函数，各传递函数表达式如下：

一体电感器 Kφ，Kw分别为角位置传感器的PWM驱动传递系数；Kz，Kc1，Kc2，Kf，KT分别为电rs 电感器子放大器的放大系数。K1，K2为两个开关。当被动雷达接收机开1

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