本發(fā)明屬于伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種伺服運(yùn)動(dòng)控制，可用于各種飛行器的機(jī)載雷達(dá)天線機(jī)械掃描的伺服運(yùn)動(dòng)控制。

背景技術(shù)：

機(jī)載天線伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)載機(jī)的雷達(dá)天線按一定規(guī)律進(jìn)行方位或俯仰方向上的運(yùn)動(dòng)，作為機(jī)載雷達(dá)的重要組成部分，其性能直接影響著機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)的性能。天線伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)接收機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)的指令，按雷達(dá)系統(tǒng)的要求驅(qū)動(dòng)天線進(jìn)行方位或俯仰掃描，或驅(qū)動(dòng)天線進(jìn)行其它方式的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)天線伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)需要將方位、俯仰角度信息傳送給雷達(dá)系統(tǒng)，使雷達(dá)系統(tǒng)可準(zhǔn)確判斷目標(biāo)位置。由于載機(jī)在飛行過程中載機(jī)姿態(tài)可能發(fā)生變化，如載機(jī)出現(xiàn)俯仰、傾側(cè)等姿態(tài)變化，為了保持雷達(dá)系統(tǒng)探測(cè)的區(qū)域不隨載機(jī)姿態(tài)變化而變化，天線伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)需要根據(jù)載機(jī)姿態(tài)變化驅(qū)動(dòng)天線進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，消除載機(jī)姿態(tài)變化對(duì)雷達(dá)天線探測(cè)區(qū)域造成的影響。

目前,機(jī)載天線伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)多采用電機(jī)加減速器或齒輪的傳動(dòng)方式，由于齒輪間隙和齒輪彈性形變的影響，天線伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的響應(yīng)速度較慢，精度較差，當(dāng)控制電路采用模擬電路控制時(shí)，其靈活性也較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種機(jī)載天線高速伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以提高平臺(tái)的響應(yīng)速度和控制精度。

本發(fā)明的技術(shù)思路是：通過采用電機(jī)直驅(qū)的方式，即用小型力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)天線進(jìn)行方位運(yùn)動(dòng)的方式，改變目前常用的高速電機(jī)經(jīng)減速器增加轉(zhuǎn)矩后再驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)動(dòng)的方式，消除減速器的齒輪間隙以及彈性形變，提高天線伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的響應(yīng)速度和控制精度；通過對(duì)天線伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的體積、重量以及性能的折中考慮，采用一級(jí)消隙齒輪減速的傳動(dòng)方式進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)的控制，減小齒輪傳動(dòng)間隙對(duì)性能的影響；通過采用dsp和fpga為核心的全數(shù)字電路，靈活設(shè)置和調(diào)整伺服控制參數(shù)，以達(dá)到不同的性能指標(biāo)要求。其實(shí)現(xiàn)方案如下：

一種機(jī)載天線高速伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括：方位運(yùn)動(dòng)部件1、俯仰運(yùn)動(dòng)部件2、功放模塊3和控制及接口模塊4，其特征在于：

方位運(yùn)動(dòng)部件1，包括方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11、方位角度傳感器12和方位結(jié)構(gòu)件13，該方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11采用小型直流無刷力矩電機(jī)，安裝在方位結(jié)構(gòu)件13上，其電機(jī)軸與天線直接連接；該方位角度傳感器12安裝在方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11的輸出軸端，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天線的方位運(yùn)動(dòng)角度，并實(shí)時(shí)將天線的方位角度信息傳送給控制及接口模塊4，控制及接口模塊4根據(jù)角度信息實(shí)時(shí)產(chǎn)生電機(jī)控制信號(hào)，控制方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)的換相次序及電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置、速度；

俯仰運(yùn)動(dòng)部件2，包括俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21、俯仰角度傳感器22、俯仰結(jié)構(gòu)件23和電機(jī)角度傳感器24，該電機(jī)角度傳感器24安裝在俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21的輸出軸端，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和角度并傳送給控制及接口模塊4；該俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21安裝在俯仰結(jié)構(gòu)件23的電機(jī)安裝位上；該俯仰結(jié)構(gòu)件23的俯仰運(yùn)動(dòng)軸上依次安裝方位結(jié)構(gòu)件13和俯仰角度傳感器22，方位結(jié)構(gòu)件13通過一級(jí)消隙齒輪與俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21進(jìn)行齒輪傳動(dòng)，俯仰角度傳感器22實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方位結(jié)構(gòu)件13的俯仰運(yùn)動(dòng)角度并傳送給控制及接口模塊4。

作為優(yōu)選，所述的方位結(jié)構(gòu)件13采用倒掛的u型結(jié)構(gòu)，其上豎臂設(shè)有輔助軸安裝孔131，用于安裝輔助軸及軸承；其下豎臂設(shè)有電機(jī)安裝孔位132，用于安裝方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11，且方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11軸與輔助軸同軸；其側(cè)壁設(shè)有通孔133，用于與俯仰軸連接；該通孔133的位置處安裝一級(jí)消隙齒輪134，該消隙齒輪的軸線與通孔133的中心線重合。

作為優(yōu)選，所述的俯仰結(jié)構(gòu)件23為非規(guī)則方體結(jié)構(gòu)，其頂端設(shè)有俯仰軸安裝孔231，用于安裝俯仰軸并通過俯仰軸與方位結(jié)構(gòu)件的通孔133連接；其臨近中心位置處設(shè)有電機(jī)安裝位232，用于安裝俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明的方位運(yùn)動(dòng)部件由于采用電機(jī)直驅(qū)方式，消除了減速器或齒輪傳動(dòng)誤差和彈性形變的影響，提高了方位運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度和控制精度，使方位可實(shí)現(xiàn)高速高精度運(yùn)動(dòng)控制；

2.本發(fā)明的俯仰運(yùn)動(dòng)部件由于采用一級(jí)消隙齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，減小了傳動(dòng)誤差，提高了俯仰運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度和控制精度，在達(dá)到性能指標(biāo)要求的同時(shí)減小了體積和重量；

3.本發(fā)明的方位結(jié)構(gòu)件和俯仰結(jié)構(gòu)件采用一體加工，提高了其機(jī)械強(qiáng)度，消除了高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的諧振。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理框圖；

圖2為本發(fā)明中的方位運(yùn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明中的俯仰運(yùn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本發(fā)明中方位、俯仰件的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明中的控制及接口模塊原理圖；

圖6為本發(fā)明中的功放模塊原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明中的機(jī)載天線高速伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括方位運(yùn)動(dòng)部件1、俯仰運(yùn)動(dòng)部件2、功放模塊3和控制及接口模塊4?？刂萍敖涌谀K4根據(jù)接收到的控制指令、載機(jī)姿態(tài)數(shù)據(jù)以及方位、俯仰角度的反饋信號(hào)，產(chǎn)生控制電機(jī)的脈寬調(diào)制pwm信號(hào)并輸出到功放模塊3，功放模塊3根據(jù)接收到的脈寬調(diào)制pwm控制信號(hào)產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，并輸出到方位運(yùn)動(dòng)部件1和俯仰運(yùn)動(dòng)部件2，驅(qū)動(dòng)方位運(yùn)動(dòng)部件1和俯仰運(yùn)動(dòng)部件2進(jìn)行方位和俯仰運(yùn)動(dòng)，同時(shí)方位運(yùn)動(dòng)部件1和俯仰運(yùn)動(dòng)部件2將方位、俯仰角度實(shí)時(shí)反饋給控制及接口模塊4，使機(jī)載天線高速伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。

參照?qǐng)D2，本發(fā)明中的方位運(yùn)動(dòng)部件1包括方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11、方位角度傳感器12和方位結(jié)構(gòu)件13。方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11采用小型直流無刷力矩電機(jī)，其安裝在方位結(jié)構(gòu)件13上，且電樞線纜連接到功放模塊3的輸出端，該方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11輸出軸的一端直接與天線連接，另一端連接方位角度傳感器12，方位角度傳感器12實(shí)時(shí)將方位角度信息傳送給控制及接口模塊4，以控制方位轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

參照?qǐng)D3，本發(fā)明中的俯仰運(yùn)動(dòng)部件2包括俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21、俯仰角度傳感器22、俯仰結(jié)構(gòu)件23和電機(jī)角度傳感器24。俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21采用小型直流無刷電機(jī)，其安裝在俯仰結(jié)構(gòu)件23上，其電樞線纜連接到功放模塊3的輸出，俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21通過一級(jí)減速齒輪后與方位結(jié)構(gòu)件13連接，俯仰角度傳感器22安裝于俯仰軸，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)角度并將其傳送給控制及接口模塊4，電機(jī)角度傳感器24連接在俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21的軸端，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度并將其傳送給控制及接口模塊4，以構(gòu)成俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21及俯仰運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制。

參照?qǐng)D4，本發(fā)明中的方位結(jié)構(gòu)件13和俯仰結(jié)構(gòu)件23相連接，其中：

方位結(jié)構(gòu)件13，采用一體加工而成的倒掛u型結(jié)構(gòu)，以提高其機(jī)械強(qiáng)度，避免方位高速運(yùn)動(dòng)及快速換向時(shí)產(chǎn)生諧振，該倒掛u型結(jié)構(gòu)的上豎臂設(shè)有輔助軸安裝孔131，用于安裝輔助軸及軸承；該倒掛u型結(jié)構(gòu)的下豎臂設(shè)有電機(jī)安裝孔位132，用于安裝方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11，且方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11軸與輔助軸同軸；該倒掛u型結(jié)構(gòu)的側(cè)壁設(shè)有通孔133，用于安裝俯仰軸；該通孔133的位置處安裝一級(jí)消隙齒輪134，該消隙齒輪的軸線與通孔133的中心線重合。

俯仰結(jié)構(gòu)件23，采用一體加工而成的非規(guī)則方體結(jié)構(gòu)，用于提高其機(jī)械強(qiáng)度，以避免俯仰高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生諧振，該非規(guī)則方體的頂端設(shè)有俯仰軸安裝孔231，用于安裝俯仰軸；該非規(guī)則方體臨近中心位置處設(shè)有電機(jī)安裝位232，用于安裝俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21。

參照?qǐng)D5，本發(fā)明中的控制及接口模塊4包括dsp電路41、fpga電路42、接口電路43和電源電路44。：

所述dsp電路41，包括通信模塊411、電機(jī)控制模塊412、補(bǔ)償量計(jì)算模塊413和故障檢測(cè)處理模塊414。其中：

通信模塊411，用于與fpga電路42進(jìn)行通信，即將電機(jī)控制模塊412和故障檢測(cè)處理模塊414的狀態(tài)及控制信號(hào)傳送到fpga電路42，并從fpga電路42獲取方位運(yùn)動(dòng)部件1的方位和俯仰位置信息、方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)和俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及電流、載機(jī)姿態(tài)、雷達(dá)系統(tǒng)指令、控制參數(shù)、方位零位校正值和俯仰零位校正值。

電機(jī)控制模塊412，用于根據(jù)通信模塊411傳送的方位和俯仰位置信息、電機(jī)電流以及雷達(dá)系統(tǒng)指令和從補(bǔ)償量計(jì)算模塊413傳送來的電機(jī)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)量，產(chǎn)生控制電機(jī)的脈寬調(diào)制pwm信號(hào)輸出至功放模塊3；

補(bǔ)償量計(jì)算模塊413，用于根據(jù)從通信模塊411傳送來的載機(jī)姿態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11和俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)量；

故障檢測(cè)處理模塊414，用于在功放模塊3出現(xiàn)過流、過壓、欠壓及短路狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉功放模塊3的控制信號(hào)。

所述fpga電路42，包括接口處理模塊421和角度解算模塊422。接口處理模塊421，其與接口電路43、通信模塊411和角度解算模塊422雙向數(shù)據(jù)連接，并將經(jīng)過接口電路43傳送來的方位角度傳感器12和俯仰角度傳感器22的角度數(shù)據(jù)傳送給角度解算模塊422；角度解算模塊422，根據(jù)接口處理模塊421傳送來的方位角度傳感器12和俯仰角度傳感器22的角度數(shù)據(jù)解算出天線的方位和俯仰角度值，并將解算結(jié)果傳送給接口處理模塊421。

所述接口電路43，其與接口處理模塊421雙向連接，用于完成外部接口信號(hào)電平和接口處理模塊421之間的電平及格式轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)外部接口信號(hào)與接口處理模塊421電氣隔離，避免意外情況下對(duì)主電路造成損壞。

所述電源電路44，其輸入端連接載機(jī)提供的28vdc電源，并將該28vdc電源轉(zhuǎn)換為dsp電路41、fpga電路42和接口電路43工作需要的電源電壓，從輸出端分別輸出給dsp電路41、fpga電路42和接口電路43。

參照?qǐng)D6，本發(fā)明中的功放模塊3，其輸入端連接dsp電路41的脈寬調(diào)制pwm控制信號(hào)和載機(jī)提供的28vdc電源，輸出端連接方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11和俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21的電樞線纜，用于將脈寬調(diào)制pwm控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，輸出給方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11和俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)21。

以上描述僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，顯然對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是這些是基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。