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自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，旨在提供一種自動(dòng)檢測雷達(dá)天線位置特性，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)天線位置振蕩即刻消除位置振蕩的方法，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：在跟蹤雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)中，伺服控制器以電機(jī)電流作為電流環(huán)的負(fù)反饋，以電機(jī)速度作為速度環(huán)的負(fù)反饋，將位置環(huán)設(shè)計(jì)為比例、積分控制，將電流環(huán)、速度環(huán)設(shè)計(jì)為比例、積分、微分控制的伺服系統(tǒng)環(huán)路；伺服控制器內(nèi)置運(yùn)算處理器接收并執(zhí)行雷達(dá)終端系統(tǒng)發(fā)送的控制命令和雷達(dá)信處系統(tǒng)發(fā)送的誤差信息，運(yùn)算處理器周期性地檢測雷達(dá)天線的跟蹤位置誤差，當(dāng)檢測到雷達(dá)天線位置振蕩后，在每個(gè)運(yùn)算周期逐次地減少伺服控制位置環(huán)路的比例系數(shù)和積分系數(shù)，減少輸出電壓消除振蕩。
【專利說明】自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 跟蹤雷達(dá)伺服系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)雷達(dá)天線運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)輸出變量精確地跟隨 或復(fù)現(xiàn)輸入變量的控制系統(tǒng)，是一種比較特殊的隨動(dòng)系統(tǒng)。雷達(dá)伺服系統(tǒng)是雷達(dá)的重要組 成部分，它對于搜索目標(biāo)、跟蹤目標(biāo)以及精確測量目標(biāo)的位置和其它參數(shù)起著重要作用，主 要作用是根據(jù)指令和誤差進(jìn)行綜合計(jì)算，控制電機(jī)拖動(dòng)雷達(dá)天線做跟隨目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，并實(shí) 時(shí)精確測量雷達(dá)機(jī)械軸的位置。伺服系統(tǒng)性能的好壞將直接影響雷達(dá)的跟蹤精度。雷達(dá)伺 服系統(tǒng)是一個(gè)包含方位軸、俯仰軸和橫滾軸的三軸系統(tǒng)，它是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。長期 以來，對于像雷達(dá)伺服系統(tǒng)這樣的機(jī)電耦合系統(tǒng)，無論在理論上還是在工程設(shè)計(jì)中，都被人 為地割裂為兩部分：機(jī)械部分和控制部分，從而嚴(yán)重制約了雷達(dá)伺服系統(tǒng)的總體性能。伺 服系統(tǒng)環(huán)路設(shè)計(jì)采用電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)三環(huán)控制方案。伺服控制器完成位置環(huán)閉環(huán)功 能，伺服驅(qū)動(dòng)器完成電流環(huán)和速度環(huán)的閉環(huán)功能，電流環(huán)和速度環(huán)為位置環(huán)的內(nèi)環(huán)。雷達(dá)伺 服系統(tǒng)由電流、速度、位置三個(gè)回路組成，電流回路是速度回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，速度回路是位 置回路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；電流回路的主要作用是減小電樞回路的時(shí)間常數(shù)，在忽略電動(dòng)機(jī)反電 動(dòng)勢的影響下，對結(jié)構(gòu)諧振環(huán)節(jié)有一定的抑制作用；速度回路可以減小時(shí)間常數(shù)，提高回路 的動(dòng)態(tài)特性，增加系統(tǒng)的相角裕量，改善系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)，提高系統(tǒng)的低速平穩(wěn)性，擴(kuò) 大系統(tǒng)的調(diào)速范圍；位置回路的作用是根據(jù)雷達(dá)的工作方式命令，實(shí)現(xiàn)精確定位和位置隨 動(dòng)。通常電流環(huán)、速度環(huán)設(shè)計(jì)為比例、積分、微分控制，位置環(huán)設(shè)計(jì)為比例、積分控制。跟蹤 雷達(dá)的工作方式主要有跟蹤方式、引導(dǎo)方式、搜索方式、手控方式。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，圖5示出了未采用本發(fā)明時(shí)的雷達(dá)狀態(tài)切換方位位置振蕩示意 圖。當(dāng)雷達(dá)從引導(dǎo)方式切換到跟蹤方式時(shí)，雷達(dá)天線當(dāng)前位置與實(shí)際目標(biāo)之間的位置差是 隨機(jī)的。為了將雷達(dá)天線快速地調(diào)轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置，則可能存在大角度調(diào)轉(zhuǎn)雷達(dá)天線，雷達(dá)天 線與目標(biāo)之間的位置誤差迅速減小，當(dāng)雷達(dá)天線接近目標(biāo)位置進(jìn)入雷達(dá)的波束范圍時(shí)，雷 達(dá)工作方式切換到跟蹤方式，初始切換過程中，容易發(fā)生位置振蕩。位置振蕩是指雷達(dá)跟蹤 目標(biāo)時(shí)，雷達(dá)天線運(yùn)動(dòng)的位置曲線不平滑，既存在向角度增大的方向運(yùn)動(dòng)，又存在向角度減 小的方向運(yùn)動(dòng)，而且向不同方向運(yùn)動(dòng)所引起的跟蹤誤差的幅值超過了 0.02度的誤差范圍。
[0004] 在圖6所示未采用本發(fā)明時(shí)的跟蹤過程中位置振蕩示意圖，可以看出，雷達(dá)在跟 蹤過程中，由于外部擾動(dòng)和非線性因素的影響，偶然也會(huì)發(fā)生位置振蕩，在未采用本發(fā)明 時(shí)，振蕩的時(shí)間比較長，即位置誤差收斂得比較慢，必然影響系統(tǒng)的跟蹤誤差精度。
[0005] 跟蹤雷達(dá)伺服系統(tǒng)常常需要較高的跟蹤精度。將前饋補(bǔ)償和模糊PID控制相結(jié) 合構(gòu)成混合智能控制策略。在成型雷達(dá)裝備中，控制電路伺服系統(tǒng)多采用基本PID控制， 大多數(shù)的回路是PI控制。雖結(jié)構(gòu)簡單可操作性強(qiáng)，但可調(diào)參數(shù)少，超調(diào)量大調(diào)節(jié)時(shí)間長。 PID是一個(gè)比例（P)、積分（I)、微分（D)的閉環(huán)控制算法，要實(shí)現(xiàn)PID算法，必須在硬件上 具有閉環(huán)控制，就是得有反饋。比如控制一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，就得有一個(gè)測量轉(zhuǎn)速的傳感器， 并將結(jié)果反饋到控制線路上。PID控制算法并不是必須同時(shí)具備這三種算法，也可以是PI， PD，甚至只有P算法控制。比例（P)、積分（I)、微分（D)控制算法各有作用：比例反應(yīng)系統(tǒng) 當(dāng)前的基本偏差e (t)，系數(shù)大，可以加快調(diào)節(jié)，減小誤差，但過大的比例使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降， 甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定；積分反應(yīng)系統(tǒng)的累計(jì)偏差度，因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就繼續(xù)進(jìn)行，直 至無誤差；微分反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率e (t) -e (t-Ι)，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的 趨勢，產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除，因此可以改 善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。但是微分對噪聲干擾有放大作用，加強(qiáng)微分對系統(tǒng)抗干擾不利。積分 和微分都不能單獨(dú)起作用，必須與比例控制配合。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中 可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)，其原因是由于存在有較大慣性環(huán)節(jié)或有滯后環(huán)節(jié)，具有抑制誤 差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。在控制器中僅引入"比例P"項(xiàng)往往是不夠的，t匕 例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，"微分項(xiàng)"能預(yù)測誤差變化的趨勢。
[0006] 目前對伺服系統(tǒng)控制算法的優(yōu)化一直是控制理論的研究熱點(diǎn)。跟蹤雷達(dá)伺服系統(tǒng) 三個(gè)回路比較常用的控制算法為比例一積分一微分算法PID算法，跟蹤雷達(dá)伺服控制中的 數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的PID算法表達(dá)式為： **,··· (1)
[0007] ii(L) = K"e(k ) + TKj^ e(j) + ^eik) - e(k -1 )1 y=o T
[0008] 式中，u(k):采樣時(shí)刻控制器的輸出信號(hào)；e(k) :k次采樣時(shí)刻輸入誤差值，等于測 量值與給定值之差；Kp :控制器的比例系數(shù)；& :控制器的積分系數(shù)；Kd :控制器的微分系數(shù)； T:采樣周期。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)精密跟蹤雷達(dá)伺服系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)成無靜差系統(tǒng)，但實(shí)際的雷達(dá)伺服系統(tǒng) 存在各種非線性因素，比如，伺服電路中存在不靈敏區(qū)（死區(qū)）、斜率不對稱、飽和非線性、 摩擦非線性、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒隙、反饋元件量化誤差、結(jié)構(gòu)諧振、風(fēng)向風(fēng)力變化、傳輸延時(shí) 抖動(dòng)等，必然導(dǎo)致雷達(dá)伺服系統(tǒng)為有差跟蹤，在各種非線性因素的影響下，還容易導(dǎo)致雷達(dá) 天線位置振蕩，為此，需要采取一定的措施減小振蕩，提高跟蹤精度。本發(fā)明針對跟蹤過程 中的位置振蕩提出了一種實(shí)用的方法，以快速的消除位置振蕩。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)數(shù)字伺服控制系統(tǒng)高速、靈活的運(yùn)算特點(diǎn)，提供一 種跟蹤雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測跟蹤目標(biāo)時(shí)雷達(dá)天線的位置特性，可快速地減小跟蹤誤 差，能有效提高雷達(dá)跟蹤精度，能夠快速檢測雷達(dá)天線位置振蕩是否存在，一旦發(fā)現(xiàn)雷達(dá)天 線位置振蕩即快速消除位置振蕩的方法。
[0011] 本發(fā)明的上述目的通過以下措施來達(dá)到。一種自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方 法，其特征在于包括如下步驟：在跟蹤雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)中，將伺服控制器、驅(qū)動(dòng)器、伺服電 機(jī)、減速器、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接雷達(dá)天線，按照電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)三環(huán)控制方案，建立 一個(gè)伺服控制器以電機(jī)電流作為電流環(huán)的負(fù)反饋，以電機(jī)速度作為速度環(huán)的負(fù)反饋，并將 電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)設(shè)計(jì)為比例、積分控制的伺服系統(tǒng)環(huán)路；伺服控制器內(nèi)置運(yùn)算處理 器接收并執(zhí)行雷達(dá)終端系統(tǒng)發(fā)送的控制命令和雷達(dá)信處系統(tǒng)發(fā)送的誤差信息，運(yùn)算處理器 內(nèi)置位置振蕩檢測軟件程序?qū)γ總€(gè)環(huán)路的誤差作比例-積分一微分校正處理，把產(chǎn)生的輸 出電壓給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器將伺服控制器輸出的電壓進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)齒輪傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)帶動(dòng)雷達(dá)天線運(yùn)動(dòng)；伺服控制器通過運(yùn)算處理器周期性地對雷達(dá)天線的跟蹤位置誤差 進(jìn)行檢測，判斷是否存在位置振蕩，當(dāng)檢測到雷達(dá)天線位置振蕩后，在每個(gè)運(yùn)算周期逐次地 減少伺服控制位置環(huán)路的比例系數(shù)和積分系數(shù)，迅速減少輸出電壓，立即消除振蕩，振蕩消 除后位置環(huán)恢復(fù)為設(shè)定的比例系數(shù)和積分系數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行控制處理。
[0012] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0013] 本發(fā)明將伺服系統(tǒng)環(huán)路設(shè)計(jì)為比例積分微分控制，利用PID比例積分微分控制規(guī) 律，在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。伺服控 制器通過運(yùn)算處理器高速運(yùn)算處理功能，對雷達(dá)的跟蹤性能進(jìn)行評判，當(dāng)檢測到異常的位 置振蕩后，即立即更改控制策略，以快速地消除位置振蕩，且沒有額外地增加硬件設(shè)施，而 是充分利用了伺服控制器運(yùn)算處理器的處理能力，在一定的時(shí)間內(nèi)對跟蹤誤差的極性和大 小進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，評價(jià)跟蹤性能，并及時(shí)調(diào)整控制策略，可快速地減小跟蹤誤差，提高跟蹤性能。
[0014] 本發(fā)明伺服控制器通過運(yùn)算處理器周期性地對雷達(dá)天線的跟蹤位置誤差進(jìn)行檢 測，自動(dòng)檢測跟蹤目標(biāo)時(shí)雷達(dá)天線的位置特性，判斷是否存在位置振蕩，一旦發(fā)現(xiàn)雷達(dá)天線 位置振蕩即快速消除位置振蕩。這種當(dāng)檢測到雷達(dá)天線位置振蕩后，在每個(gè)運(yùn)算周期逐次 地減少伺服控制位置環(huán)路的比例系數(shù)和積分系數(shù)，迅速減少輸出電壓，立即消除振蕩，可以 使跟蹤雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)的控制參數(shù)既保證系統(tǒng)的快速性，又保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且采 用本發(fā)明可適當(dāng)增大位置環(huán)路的比例系數(shù)和積分系數(shù)，保證了快速性。當(dāng)需要穩(wěn)定性時(shí)，因 及時(shí)調(diào)整了控制參數(shù)，又保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 下面，結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0016] 圖1是雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)框圖。
[0017] 圖2是采用本發(fā)明跟蹤過程中快速消除位置振蕩示意圖。
[0018] 圖3是位置振蕩檢測軟件流程圖。
[0019] 圖4是采用本發(fā)明時(shí)的雷達(dá)狀態(tài)切換快速消除位置振蕩示意圖。
[0020] 圖5是未采樣本發(fā)明時(shí)的雷達(dá)狀態(tài)切換位置振蕩示意圖。
[0021] 圖6是未采樣本發(fā)明時(shí)的跟蹤過程中位置振蕩示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 參閱圖1。根據(jù)本發(fā)明，建立一個(gè)由伺服控制器、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、減速器、齒輪 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、雷達(dá)天線、電機(jī)電流反饋、電機(jī)速度反饋、天線位置反饋組成的三閉環(huán)控制的跟 蹤雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)。雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)由伺服控制器、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、減速器、齒輪傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)、雷達(dá)天線組成。伺服控制器、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)屬于雷達(dá)伺服系統(tǒng)的控制部分，減速 器、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、雷達(dá)天線屬于雷達(dá)伺服系統(tǒng)的機(jī)械部分，控制器用于完成信息采集和計(jì) 算處理，產(chǎn)生輸出電壓給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器用于將控制器輸出的電壓進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)電 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與減速器同軸，減速比為n，減速器與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過齒輪嚙合，齒 輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的末級轉(zhuǎn)動(dòng)部分與雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)動(dòng)軸同軸，這樣電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就會(huì)帶動(dòng)雷達(dá)天線 跟隨運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為雷達(dá)天線轉(zhuǎn)速的η倍。電機(jī)電流反饋、電機(jī)速度反饋、天線位置反 饋形成伺服的三閉環(huán)控制的跟蹤雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)。雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)為跟蹤雷達(dá)天線的 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于控制雷達(dá)天線按照指定的位置運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤。伺服控制器包 含高速的運(yùn)算處理器。運(yùn)算處理器接收并執(zhí)行雷達(dá)終端系統(tǒng)發(fā)送的控制命令和雷達(dá)信處系 統(tǒng)發(fā)送的誤差信息，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)以消除雷達(dá)跟蹤誤差為目的的運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)同軸 相連的減速器和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶著雷達(dá)天線運(yùn)動(dòng)。伺服控制器采用的控制策略為電流環(huán)、 速度環(huán)、位置環(huán)組成的三閉環(huán)PID(比例、積分、微分）控制。伺服控制器以電機(jī)的電流作為 電流環(huán)的負(fù)反饋，以電機(jī)的速度作為速度環(huán)的負(fù)反饋，以雷達(dá)天線的位置作為位置環(huán)的負(fù) 反饋，對每個(gè)環(huán)路的誤差作PID校正處理，產(chǎn)生輸出電壓給驅(qū)動(dòng)器；驅(qū)動(dòng)器將控制器輸出的 電壓進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)算處理器控制精密跟蹤雷達(dá)穩(wěn)定跟蹤時(shí)，跟蹤誤差應(yīng) 在指標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)以零誤差為基準(zhǔn)起伏變化，如果跟蹤誤差的極性始終為固定的正極性 或者負(fù)極性，則說明跟蹤存在超前或滯后；如果跟蹤誤差在零誤差附近很小的起伏波動(dòng)，則 說明跟蹤性能良好。如果跟蹤誤差在零誤差附近很大的起伏波動(dòng)，則說明跟蹤性能不好，存 在位置振蕩。伺服控制器周期性地對天線的跟蹤位置誤差進(jìn)行檢測，判斷是否存在位置振 蕩，檢測到位置振蕩后，即在每個(gè)運(yùn)算周期逐次地減少伺服控制位置環(huán)路的比例系數(shù)和積 分系數(shù)，輸出電壓迅速減少，振蕩可立即消除；振蕩消除后位置環(huán)恢復(fù)為設(shè)定的比例系數(shù)和 積分系數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行控制處理。運(yùn)算處理器對輸入一個(gè)或多個(gè)物理量進(jìn)行檢測，并根據(jù)確定 的控制規(guī)律（算法）進(jìn)行計(jì)算，通過輸出通道直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使各被控量達(dá)到預(yù)定的 要求。伺服控制器PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用：1、比例環(huán)節(jié)：即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng) 的偏差信號(hào)e (t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。2、積分環(huán)節(jié)：主要 用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)?\，?\越大，積分 作用越弱，反之則越強(qiáng)。3、微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢（變化速率），并能在偏 差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作 速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。微分先行，微分先行是把對偏差的微分改為對被控量的微分，這樣，在 給定值變化時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生輸出的大幅度變化，而且由于被控量一般不會(huì)突變，即使給定值已 發(fā)生改變，被控量也是緩慢變化的，從而不致引起微分項(xiàng)的突變。
[0023] 在圖2中，伺服控制器檢測到位置振蕩，則立即減小位置環(huán)的比例系數(shù)和積分系 數(shù)，使控制器輸出電壓減小，將跟蹤誤差快速地收縮到很小的誤差以內(nèi)，然后進(jìn)入穩(wěn)定的跟 蹤。運(yùn)算處理器檢測到位置振蕩后，逐次地減少伺服控制位置環(huán)路的比例系數(shù)和積分系數(shù)。 在運(yùn)算處理器的每個(gè)運(yùn)算處理周期0. 4ms時(shí)間里，本周期的比例系數(shù)等于上一周期的比例 系數(shù)/2,本周期的積分系數(shù)等于上一周期的積分系數(shù)/2。當(dāng)比例系數(shù)和積分系數(shù)逐次遞減 到約定的最小值時(shí)，則不再遞減，保留最小的比例系數(shù)和積分系數(shù)，直到位置振蕩消除后恢 復(fù)為系統(tǒng)設(shè)定的比例系數(shù)和積分系數(shù)；位置環(huán)路的微分系數(shù)設(shè)定為0。
[0024] 振蕩消除后位置環(huán)恢復(fù)為設(shè)定的比例系數(shù)和積分系數(shù)進(jìn)行控制處理是指在電流 環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)組成的三閉環(huán)控制的跟蹤雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)中，電流環(huán)的PID參數(shù)可通 過空載（即只帶著電機(jī)運(yùn)動(dòng)）調(diào)試，獲得最佳的電流環(huán)PID參數(shù)、速度環(huán)的PID參數(shù)可在已 經(jīng)調(diào)試好的電流環(huán)基礎(chǔ)上帶負(fù)載（即雷達(dá)天線）進(jìn)行調(diào)試，獲得最佳的速度環(huán)PID參數(shù)。位 置環(huán)的PID參數(shù)可在已經(jīng)調(diào)試好的速度環(huán)基礎(chǔ)上通過帶負(fù)載進(jìn)行調(diào)試，獲得最佳的位置環(huán) PID參數(shù)，這些參數(shù)定義為伺服控制系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)。雷達(dá)在不同的工作方式之間切換時(shí)， 存在大角度調(diào)轉(zhuǎn)，在雷達(dá)天線接近終點(diǎn)位置時(shí)，容易引起位置振蕩，則伺服控制器周期性地 減少位置環(huán)路的比例系數(shù)和積分系數(shù)，使輸出的驅(qū)動(dòng)電壓減小，可消除振蕩，然后，控制參 數(shù)又恢復(fù)為伺服控制系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)繼續(xù)跟蹤。
[0025] 參閱圖3。運(yùn)算處理器系統(tǒng)軟件以運(yùn)算處理器芯片為核心，由控制主程序和定時(shí)中 斷服務(wù)子程序組成。主程序完成系統(tǒng)的初始化，參數(shù)設(shè)定，過壓、過流保護(hù)等功能。定時(shí)中 斷服務(wù)子程序完成電流采樣，轉(zhuǎn)速計(jì)算，矢量變換和PWM(脈沖寬度調(diào)制）輸出等功能。
[0026] 運(yùn)算處理器設(shè)定有三個(gè)計(jì)數(shù)器countl、count2和count3,其中計(jì)數(shù)器count3用 于記錄時(shí)間循環(huán)檢測時(shí)間，countl用于記錄跟蹤誤差為正且大于+0.02度的次數(shù)， C〇unt2 用于記錄跟蹤誤差為負(fù)且小于-0. 02度的次數(shù)。運(yùn)算處理器內(nèi)置位置振蕩檢測軟件程序 的運(yùn)算處理周期為0. 4ms。位置振蕩檢測軟件程序在用count3記錄的500ms時(shí)間內(nèi)，如果 countl和count2均大于3,則確定存在位置振蕩，位置振蕩標(biāo)志flag置1，否則，位置振蕩 標(biāo)志flag置0,每隔500ms，計(jì)數(shù)器countl、count2、count3清零，重復(fù)下一次的檢測和判 斷。
[0027] 圖5所示為未采樣本發(fā)明時(shí)的雷達(dá)狀態(tài)切換位置振蕩示意圖，在如圖4所示采用 本發(fā)明時(shí)的雷達(dá)狀態(tài)切換快速消除位置振蕩示意圖中，狀態(tài)切換到跟蹤方式后，伺服控制 器檢測到位置振蕩，則立即減小位置環(huán)的比例系數(shù)和積分系數(shù)，使輸出減小，跟蹤誤差快速 地收縮到很小的誤差以內(nèi)，然后進(jìn)入穩(wěn)定的跟蹤。
【權(quán)利要求】
1. 一種自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，其特征在于包括如下步驟：在跟蹤雷達(dá) 伺服控制系統(tǒng)中，將伺服控制器、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、減速器、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接雷達(dá)天線， 按照電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)三環(huán)控制方案，建立一個(gè)伺服控制器以電機(jī)電流作為電流環(huán)的 負(fù)反饋，以電機(jī)速度作為速度環(huán)的負(fù)反饋，并將位置環(huán)設(shè)計(jì)為比例、積分控制，將電流環(huán)、速 度環(huán)設(shè)計(jì)為比例、積分和微分控制的伺服系統(tǒng)環(huán)路；伺服控制器內(nèi)置運(yùn)算處理器接收并執(zhí) 行雷達(dá)終端系統(tǒng)發(fā)送的控制命令和雷達(dá)信處系統(tǒng)發(fā)送的誤差信息，運(yùn)算處理器內(nèi)置位置振 蕩檢測軟件程序?qū)γ總€(gè)環(huán)路的誤差作比例-積分一微分PID校正處理，產(chǎn)生輸出電壓給驅(qū) 動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器將伺服控制器輸出的電壓進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)雷 達(dá)天線運(yùn)動(dòng)；伺服控制器通過運(yùn)算處理器周期性地對雷達(dá)天線的跟蹤位置誤差進(jìn)行檢測， 判斷是否存在位置振蕩，當(dāng)檢測到雷達(dá)天線位置振蕩后，在每個(gè)運(yùn)算周期逐次地減少伺服 控制位置環(huán)路的比例系數(shù)和積分系數(shù)，迅速減少輸出電壓，立即消除振蕩，振蕩消除后位置 環(huán)恢復(fù)為設(shè)定的比例系數(shù)和積分系數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行控制處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，其特征是：運(yùn)算處理 器控制跟蹤雷達(dá)穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)時(shí)，跟蹤誤差應(yīng)在指標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)以零誤差為基準(zhǔn)起伏變 化，如果跟蹤誤差的極性始終為固定的正極性或者負(fù)極性，則跟蹤存在超前或滯后；如果跟 蹤誤差在零誤差附近很小的起伏波動(dòng)，則蹤性能良好。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，其特征是：伺服控制 器檢測到位置振蕩，則立即減小位置環(huán)的比例系數(shù)和積分系數(shù)，使伺服控制器輸出電壓減 小，將跟蹤誤差快速地收縮到很小的誤差以內(nèi)，然后進(jìn)入穩(wěn)定的跟蹤。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，其特征是：在伺服控 制器的每個(gè)運(yùn)算處理周期〇. 4ms時(shí)間里，本周期的比例系數(shù)等于上一周期的比例系數(shù)/2， 本周期的積分系數(shù)等于上一周期的積分系數(shù)/2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，其特征是：當(dāng)比例系 數(shù)和積分系數(shù)逐次遞減到約定的最小值時(shí)，則不再遞減，保留最小的比例系數(shù)和積分系數(shù)， 直到位置振蕩消除后恢復(fù)為系統(tǒng)設(shè)定的比例系數(shù)和積分系數(shù)；位置環(huán)路的微分系數(shù)設(shè)定為 0〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，其特征是：位置環(huán)的 比例積分PI參數(shù)在已經(jīng)調(diào)試好的速度環(huán)基礎(chǔ)上通過帶負(fù)載進(jìn)行調(diào)試，獲得最佳的位置環(huán) PI參數(shù)，這些參數(shù)定義為伺服控制系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，其特征是：運(yùn)算處理 器設(shè)定有三個(gè)計(jì)數(shù)器countl、count2和count3,其中，計(jì)數(shù)器count3用于記錄時(shí)間循環(huán)檢 測時(shí)間，countl用于記錄跟蹤誤差為正且大于+0. 02度的次數(shù)，C〇unt2用于記錄跟蹤誤差 為負(fù)且小于-0. 02度的次數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，其特征是：每隔 500ms，計(jì)數(shù)器countl、count2、count3清零，重復(fù)下一次的檢測和判斷。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，其特征是：運(yùn)算處理 器內(nèi)置位置振蕩檢測軟件程序的運(yùn)算處理周期為0. 4ms。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)處理雷達(dá)天線位置振蕩的方法，其特征是：位置振蕩 檢測軟件程序在用count3記錄的500ms時(shí)間內(nèi)，如果countl和count2均大于3,則確定存 在位置振蕩，位置振蕩標(biāo)志置1，否則，位置振蕩標(biāo)志置0。
【文檔編號(hào)】G01S7/02GK104122531SQ201410341966
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】李守琴, 唐忠廷, 文航凌, 陳松波, 盧洲, 徐小麗, 姜偉 申請人:零八一電子集團(tuán)有限公司