船载天线伺服系统设计

发布时间：2020-10-30 23:26

　　 随着宇航事业的发展,目标飞行器的飞行距离逐步增大,所应用到的通信频段也越来越高,同时天线波束宽度开始变小,这对天线伺服系统提出了更高技术要求,进而使得天线控制器的设计难度大幅增加。而船载天线伺服系统对天线伺服系统提出了进一步的要求,即它不仅具有高精度而且必须确保高动态的性能要求,是伺服目标跟踪的难题,因此其测控系统必须随之发展。本文构建了船载天线伺服系统的动态模型,通过对船载天线伺服系统功能、组成和系统设计要求的分析,对船载天线伺服系统进行了总体设计,包括天线伺服系统静态设计,天线伺服系统模型,单机组成设计。根据船载天线伺服系统抗船摇扰动的控制算法,设计研制了天线伺服控制器和稳定控制平台,实现抑制船摇扰动完成目标跟踪。船载天线伺服控制器设计内容主要包括伺服控制系统的软、硬件设计。硬件上考虑了系统扩展和冗余备份,设计了DSP+FPGA结构的智能控制卡,包括FPGA模块和DSP模块的SDRAM、FLASH扩展、AD转换模块,上位机PCI接口模块等电路,此外还设计了天线驱动和角度采集控制卡。软件采用结构化模块化设计,通过天线伺服系统动态设计、抗船摇算法设计、天线伺服系统控制器软件设计,实现了天线伺服系统控制算法及各种控制。结合模型对控制算法进行测试,根据对船载天线伺服系统小角度阶跃、大角度阶跃、正弦、船摇隔离度测试数据分析可知,本文所设计的船载天线伺服系统具有良好的静态特性、动态特性、稳态特性、较高的跟踪精度及船摇隔离度,满足系统指标要求。同时对同类型的其它天线伺服系统的天线控制器设计提供一定的借鉴。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V556;U674.82
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文服系统，天线座是负载，选定的执行元件是伺服电机，功率放大 驱动器，反馈测量元件是电流霍尔、同轴测速机、速率陀螺以及 负载特性的分析载天线伺服系统的负载是安装在天线座上的天线、馈源等。首先负载力矩，由于选择的是抛物面天线，并且没有安装天线罩，因统的负载力矩主要包括风负载力矩、摩擦力矩和惯性力矩等。如

图 3-2 DSP 电路图根据 FPGA 下发的信号，选择对应的控制算法生成控制量，并上传给FPGA。3.1.2 智能控制卡的工作原理DSP 与 FPGA 之间通过 EMIF 接口、多通道缓冲串口、主接口相连。作为备份，FPGA 芯片可以内嵌 Nios II 微处理器，包含丰富的外设资源。FPGA 中设置两路串口采集天线位置信息及天线开关量信号，用 FPGA 中的程序控制接收机信号和推杆信号的采样并通过 IO 端口（PIO）进行采集，按键信号、时码信号同样通过 IO 端口（PIO）采集到并传递到 DSP芯片（Nios II 微处理器）中，上位机的控制指令和天线控制单元的状态信息交互通过 CPCI 总线进行传输。天线控制单元智能控制卡预留了两路串口接口可以接收数字接收机信息和

3.2 智能控制卡硬件电路设计3.2.1 电源电路智能控制卡主要芯片为DSP和FPGA，其中DSP芯片的端口电压为3.3V，对应的核电压是 1.26V；FPGA 端口电压是 3.3V，对应的核电压是 1.5V。所以，应实施电源转换。首先前 I/O 板把 PC 上的 5V 电压通过电感滤波，之后再分别进行 3.3V、1.26V 以及 1.5V 的转换。对于 DSP和 FPGA的上电顺序在这个过程中需要考虑，两者的核供电要在端口供电之前进行，这样可以保证 DSP和 FPGA核的安全性。为了实现这样的目的，需要将钽电容接入到电源转换芯片的输出端。5V 转 1.26V、1.5V 输出端的为 47u 钽电容，5V 转 3.3V 输出端的为 100u 钽电容，从而确保 DSP 内核比其本身的端口先供电，这样可以保证 DSP 处于安全的工作环境中。另外，芯片的电源输出端连接适当的电容以稳定电源并进行滤波。如图 3-5 所示，为5V 转 1.26V 的电源转换电路原理图：
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本文编号：2863143