自动控制原理课程设计雷达天线伺服控制系统

摘要:雷达天线的性能主要取决于其伺服系统的设计水平。伺服系统的设计包括结构设计和控制设计两部分,这两部分是相互影响紧密耦合的。一般所采用的设计方法是对结构系统和控制系统先分别设计,然后再根据要求进行调校,这往往会导致产品研制的周期长、成本高、性能差、结构笨重,不能保证伺服系统总体的综合性能最优。针对雷达天线伺服系统设计中存在的结构设计与控制设计相分离的问题,通过对系统的分析然后对戏系统进行校正,以达到预期目的。

关键词:雷达 系统分析 校正 自动控制

1 概述

1.1 系统简介

用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下,伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统,其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角)。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。它是由若干元件和部件组成的并具有功率放大作用的一种自动控制系统。位置随动系统的输入和输出信号都是位置量,且指令位置是随机变化的,并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向,及时准确地跟随指令位置的变化。位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。随着工程技术的发展,出现了各种类型的位置随动系统。由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机,使伺服系统实现了直接驱动,革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素,并成功应用在雷达天线。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。此外,也可采取附加措施来提高系统的精度,采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道,直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。因此可根据这个特征将它划分为两个类型,一类是模拟式随动系统,另一类是数字式随动系统。本设计??雷达天线伺服控制系统实际上就是随动系统在雷达天线上的应用。系统的原理图如图1-1所示。

图1-1 雷达天线伺服控制系统原理图

1.2 系统的组成

从图1-1可以看出本系统是一个电位器式位置随动系统,用来实现雷达天线的跟踪控制,由以下几个部分组成:位置检测器、电压比较放大器、可逆功率放大器、执行机构。以上四部分是该系统的基本组成,在所采用的具体元件或装置上,可采用不同的位置检测器,直流或交流伺服机构等等。

现在对系统的组成进行分析:

1、受控对象:工作机械(雷达天线)。

2、被控量:角位置。

3、干扰:主要是负载变化(及)。

4、给定值:指令转角。

5、传感器:由电位器测量、,并转化为、。

6、比较计算:两电位器按电桥连接,完成减法运算(偏差)。

7、控制器:放大器,比例控制。

8、执行器:直流电动机及减速箱。

1.3 工作原理

现在来分析该系统的工作原理。由图1-1可以看出,当两个电位器和的转轴位置一样时,给定角与反馈角相等,所以角差,电位器输出电压

,电压放大器的输出电压,可逆功率放大器的输出电压,电动机的转速,系统处于静止状态。当转动手轮,使给定角增大,,则,,,电动机转速,经减速器带动雷达天线转动,雷达天线通过机械机构带动电位器的转轴,使也增大。只要,电动机就带动雷达天线超着缩小偏差的方向运动,只有当,偏差角,,,系统才会停止运动而处在新的稳定状态。如果给定角减小,则系统运动方向将和上述情况相反。

2 建立数学模型

2.1 位置检测器

位置检测器作为测量元件,由电位器和组成位置(角度)检测器,其中电位器的转轴和手轮相连,作为转角给定,电位器的转轴通过机械机构与负载部件相连接,作为转角反馈,两个电位器均由同一个直流电源供电,这样可将位置直接转换成电量输出。

在控制系统中,单个电位器用作为信号变换装置,一对电位器可以组成误差检测器,空载时,单个电位器的电刷角位移与输出电压的关系曲线在进行理论分析时可以用直线近似,于是可得输出电压为