【摘 要】
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针对机载卫星通信天线对中系统隔离载体姿态变化、稳定跟踪的技术要求,设计了一种小型机载定向天线伺服分机。随着飞机在空中的姿态变化,惯性导航系统每20ms对伺服分机天线进
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针对机载卫星通信天线对中系统隔离载体姿态变化、稳定跟踪的技术要求,设计了一种小型机载定向天线伺服分机。随着飞机在空中的姿态变化,惯性导航系统每20ms对伺服分机天线进行一次姿态校正,为了补偿两次上位机指令间隔中飞机姿态变化的扰动,提出了基于三轴陀螺和加速度计的稳定回路跟踪控制方法。该方法在传统伺服系统电流环、速度环和位置环的反馈回路中增加了负载速度前馈补偿和稳定回路位置校正环节。稳定回路利用转台自身的陀螺和加速度计的测量数据融合、稳定跟踪修正的原理隔离飞机姿态变化对卫星跟踪精度的影响。通过对伺服分机组成及工作原理的总体设计,电机及其他结构器件的选型参数进行详细计算,得到完整的伺服分机实物模型。控制系统采用PID算法实现电流环、速度环和位置环调节器的设计,在Matlab中建立伺服分机系统的仿真模型。根据伺服分机动态性能指标的要求,对系统进行阶跃响应、动态跟踪响应、斜坡响应、角速度/加速度、稳定回路隔离度等性能的仿真,结果验证了伺服分机满足设计要求。根据伺服分机的功能需求,以无刷直流电机作为驱动电机,基于32位高性能、高可靠性Soc系列CPU设计了BLDC驱动板和控制板硬件电路。此外,对伺服分机待机、角度预置、搜索、跟踪等工作模式和稳定回路的控制算法进行研究。对陀螺仪和加速度计的测量噪声信号用卡尔曼滤波技术进行估计和误差补偿,有效地提高了系统对姿态扰动的隔离度。调试结果表明,伺服稳定系统的响应时间小于200ms,动态跟踪误差小于0.1°,隔离度高于97%,具有较高的跟踪精度。能够满足工业应用中天线定位、指令跟踪和抗外界干扰的稳定跟踪控制要求。
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