某跟蹤雷達伺服系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析

晏佳勝

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

機械掃描的跟蹤雷達需要伺服系統(tǒng)驅(qū)動雷達天線完成波束掃描空間，以達到跟蹤目標(biāo)的目的[1]。它的波束寬度較窄，對目標(biāo)的跟蹤精度取決于伺服系統(tǒng)，而伺服系統(tǒng)的性能好壞直接影響整個雷達天線的動態(tài)性能和跟蹤精度[2]。因此，伺服系統(tǒng)除要求穩(wěn)定可靠之外，還應(yīng)具有精度高、響應(yīng)快速、魯棒性好等特點[3]。

1 跟蹤雷達伺服系統(tǒng)控制原理

跟蹤雷達伺服系統(tǒng)采用位置、速度以及電流三閉環(huán)控制。位置環(huán)采用比例控制，具有良好的跟蹤性能，能夠在正反兩個方向隨便移動位置。電流環(huán)和速度環(huán)采用比例積分（Proportional Integral，PI）控制，分別校正為Ⅰ型系統(tǒng)和Ⅱ型系統(tǒng)，具有一定的閉環(huán)帶寬，可以無差跟蹤恒加速度指令[4]。跟蹤雷達伺服系統(tǒng)控制原理如圖1所示。

2 跟蹤雷達伺服系統(tǒng)硬件設(shè)計方案

跟蹤雷達伺服系統(tǒng)硬件組成，如圖2所示。它由伺服控制器、伺服驅(qū)動器、力矩電機以及雙精度旋轉(zhuǎn)變壓器等組成。伺服控制器由伺服控制板、旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Resolver to Digital Converter，RDC）變換板、模數(shù)轉(zhuǎn)換（Analog/Digital，A/D）變換板、伺服接口板以及差分驅(qū)動板組成，用于實現(xiàn)天線速度解算、跟蹤復(fù)合控制、速度和位置閉環(huán)以及系統(tǒng)故檢等功能。伺服驅(qū)動器接收控制指令，完成力矩電機電流閉環(huán)控制。力矩電機和雙精度旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在雷達天線座內(nèi)，與雷達天線方位和俯仰軸同軸安裝。

3 跟蹤雷達伺服系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

跟蹤雷達伺服分系統(tǒng)控制軟件包含伺服狀態(tài)初始化模塊、系統(tǒng)控制模塊以及中斷服務(wù)程序模塊[5]。它采用定時中斷方式工作，工作周期為2 ms。跟蹤雷達伺服分系統(tǒng)控制軟件組成如圖3所示。

系統(tǒng)控制模塊流程如圖4所示。系統(tǒng)控制模塊主要包括在線故障檢測、天線速度解算、軟件保護、環(huán)路校正、輸出數(shù)據(jù)處理、工作模式和自檢模式7個基本功能子模塊。工作模式包括方位和俯仰鎖定、手控、調(diào)轉(zhuǎn)和跟蹤4個子程序。自檢模式包括方位俯仰鎖定、調(diào)轉(zhuǎn)和精度檢查3個子程序。

中斷服務(wù)程序模塊流程圖如圖5所示。該模塊需要實現(xiàn)雷達系統(tǒng)通信、RDC數(shù)據(jù)讀取和合成、讀A/D變換器數(shù)據(jù)、寫數(shù)模轉(zhuǎn)換（Digital/Analog，D/A）變換器等功能。

4 系統(tǒng)仿真

測試人員對跟蹤雷達伺服系統(tǒng)進行仿真，需要先確定相關(guān)參數(shù)。系統(tǒng)負載參數(shù)和電機參數(shù)分別如表1和表2所示。

表1 負載參數(shù)

表2 電機參數(shù)

在Simulink中，測試人員建立系統(tǒng)方位和俯仰仿真模型如圖6所示，仿真結(jié)果如圖7和圖8所示。

仿真結(jié)果數(shù)據(jù)如表3所示。結(jié)果表明：跟蹤雷達伺服系統(tǒng)具有穩(wěn)定的相位裕度；速度環(huán)閉環(huán)帶寬大于5 Hz，具有較好的快速響應(yīng)性，滿足設(shè)計指標(biāo)的要求。

表3 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

文章敘述了跟蹤雷達伺服系統(tǒng)控制原理，提出硬件設(shè)計和軟件設(shè)計方案，并利用Simulink進行建模仿真。仿真結(jié)果表明，該設(shè)計具有合理性。