凌軒，王旭東，陳賽克

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州 510225)

雷達(dá)天線車液壓升降系統(tǒng)同步控制仿真研究

凌軒，王旭東，陳賽克

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州 510225)

雷達(dá)天線車自動調(diào)平系統(tǒng)是雷達(dá)的一個重要組成部分，對提高雷達(dá)的測量性能和機(jī)動能力起著決定性作用。為了解雷達(dá)車電液升降系統(tǒng)的同步協(xié)調(diào)特性，采用MATLAB和Simulink軟件建立了系統(tǒng)調(diào)平模型并進(jìn)行了仿真研究。為消除電液調(diào)平系統(tǒng)液壓缸參數(shù)制造誤差、各通道負(fù)載不均衡等對同步控制精度的影響，設(shè)計(jì)了定量反饋控制 (QFT)同步調(diào)平控制器來提高傾角調(diào)平精度。仿真結(jié)果表明:設(shè)計(jì)的調(diào)平控制器具有良好的同步精度和快捷的響應(yīng)速度，能驅(qū)動調(diào)平仿真臺快速、穩(wěn)定地運(yùn)動。

雷達(dá)天線車;仿真;同步協(xié)調(diào)特性;定量反饋控制

在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中，雷達(dá)正發(fā)揮著越來越重要的作用。雷達(dá)在正常工作前必須要調(diào)平，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道調(diào)平過程要占雷達(dá)工作時間的1/3，因此研究縮短雷達(dá)調(diào)平時間和增加雷達(dá)機(jī)動性的方法具有重要意義［1－3］。隨著液壓傳動技術(shù)在現(xiàn)代雷達(dá)天線車架設(shè)和撤收系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，對雷達(dá)天線陣面液壓升降系統(tǒng)的同步性能也提出了更高的要求。雷達(dá)天線陣面兩側(cè)液壓升降系統(tǒng)動態(tài)特性的不一致，是升降系統(tǒng)不同步的重要因素［4－7］。作者應(yīng)用液壓伺服控制技術(shù)來裝備和改造現(xiàn)有系統(tǒng)，并利用MATLAB和Simulink仿真軟件對雷達(dá)天線車液壓升降系統(tǒng)的同步協(xié)調(diào)控制特性進(jìn)行相關(guān)仿真分析，為實(shí)際升降系統(tǒng)的同步控制提供參考。

1 雷達(dá)車液壓升降系統(tǒng)工作原理

1.1 液壓升降系統(tǒng)工作原理

雷達(dá)車液壓升降系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 電液伺服調(diào)平系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

油泵4為伺服缸10和伺服閥8提供驅(qū)動油源，然后驅(qū)動這些伺服缸運(yùn)動到所需位置。伺服缸位移被位移傳感器LVDT 9實(shí)時檢測并輸入到工控機(jī)12進(jìn)行處理。工控機(jī)對輸入信號和給定信號進(jìn)行比較并產(chǎn)生系統(tǒng)控制信號通過D/A口驅(qū)動伺服閥完成調(diào)平過程。壓力傳感器11能檢測平臺各支腿位移。

為了消除工作地面不平整和在重壓之下的下陷等影響，兩側(cè)升降裝置的液壓缸是完全獨(dú)立的，以滿足平臺兩側(cè)傾角調(diào)平需要，保證座車水平。

1.2 液壓調(diào)平控制方法

選用傾角誤差控制調(diào)平法，如圖2，主要原理是通過4個伺服油缸的運(yùn)動直接控制傾斜角。方法為:調(diào)平時首先同時調(diào)節(jié)兩個支點(diǎn)至一個水平方向，然后再同時調(diào)節(jié)另外兩個支點(diǎn)至水平。兩個傾角α、β中，通常先讓角度大的減少，并保持最高點(diǎn)不動。如圖2所示的雷達(dá)天線車液壓平臺，設(shè)α、β分別為平臺x軸和y軸的傾角，δ是設(shè)定的調(diào)平精度，可編制出調(diào)平算法為:當(dāng)β＞δ時，支腿A、D同時上升;當(dāng)β＜－δ時，支腿B、C同時上升;當(dāng)β＜

δ∩α＞δ時，支腿C、D同時上升;當(dāng)β＜|δ|∩α＜－δ時，支腿A、B同時上升。其中，±δ為設(shè)定的傾角誤差范圍。采用角度調(diào)平法易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動控制，調(diào)平精度較高，對平臺結(jié)構(gòu)在調(diào)平過程中造成的“傷害”最小，調(diào)平過程較平穩(wěn)，震動小。傾角誤差控制調(diào)平法的優(yōu)點(diǎn)是協(xié)調(diào)性好，算法簡單，很好地繞過復(fù)雜的解耦計(jì)算;缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)時間稍長，可能會遇到“虛腿”問題，同時因?yàn)楠?dú)立調(diào)整兩個方向時會影響另一方向的水平度。當(dāng)采用傾角調(diào)平時，為了解決“虛腿”問題，必須盡量保證兩個支腿的位移和速度一致，即有同步要求。如果兩條支腿的速度不同，會導(dǎo)致平臺不斷震蕩調(diào)平，影響調(diào)平精度，甚至?xí)饍A覆，這是不希望看到的。

圖2 雷達(dá)車調(diào)平仿真臺結(jié)構(gòu)圖

2 雷達(dá)車傾角調(diào)平仿真

2.1 雷達(dá)車液壓調(diào)平仿真分析

如果電液伺服系統(tǒng)各個通道的性能參數(shù)完全一樣，那么各液壓缸的位移就完全一樣，不會有同步誤差產(chǎn)生。但實(shí)際系統(tǒng)中由于存在負(fù)載不均衡、摩擦阻力、液壓缸泄漏量的不同、空氣的混入和制造誤差等因素，都會影響同步精度。

為了考查液壓調(diào)平升降系統(tǒng)的同步協(xié)調(diào)性能，應(yīng)用MATLAB的SimMechanics工具箱建立物理仿真分析模型，如圖3所示。模型搭建好后，取a=1 m，b=1 m，h=0.5 m建立雷達(dá)車4點(diǎn)支撐調(diào)平臺物理模型如圖4。仿真中模擬實(shí)際升降過程中液壓缸所受負(fù)載不同及摩擦系數(shù)不同，液壓缸1負(fù)載為4 700 N，黏性摩擦系數(shù)3 000 N/(m/s);液壓缸2負(fù)載設(shè)為5 000 N，黏性摩擦系數(shù)6 000 N/(m/s)。得到兩個伺服缸位移變化曲線如圖5所示。

圖3 雷達(dá)車調(diào)平臺SimMechanics仿真模型

圖4 雷達(dá)車四點(diǎn)支撐調(diào)平臺物理模型

圖5 平臺調(diào)平過程中支腿位移變化曲線

由仿真曲線可以看出，受力大、黏性摩擦系數(shù)大的液壓缸伸縮速度要慢些。由于兩個液壓缸的位移、速度不同，易導(dǎo)致天線陣面傾斜，嚴(yán)重時設(shè)備甚至不能正常工作，因此有必要采取同步控制策略。

2.2 雷達(dá)車液壓調(diào)平控制系統(tǒng)建模及仿真

雷達(dá)天線車液壓升降同步控制系統(tǒng)屬于一種電液伺服閉環(huán)同步控制系統(tǒng)，作者設(shè)計(jì)了一種二缸主從位置同步系統(tǒng)，如圖6所示:把液壓缸1作為主液壓缸，液壓缸2作為從液壓缸，以液壓缸1的輸出y1為理想輸出，液壓缸2的輸出y2受到控制來跟蹤這一選定的理想輸出。

圖6 傾角調(diào)平QFT同步控制器模型

為了達(dá)到y(tǒng)2很好地跟蹤y1的效果，關(guān)鍵在于位置控制器設(shè)計(jì)的好壞。由于電液伺服調(diào)平系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，采用常規(guī)的數(shù)字PID控制器很難達(dá)到良好的效果。作者提出采用定量反饋 (QFT)同步調(diào)平控制器來解決由于液壓元件制造誤差、通道負(fù)載不均衡等影響同步精度等問題，具體設(shè)計(jì)方法可參考文獻(xiàn) ［8］，最終設(shè)計(jì)結(jié)果見公式(1)—(3):

圖7為采用定量反饋同步調(diào)平控制兩個液壓缸位移的仿真曲線圖?？梢钥闯?加了同步誤差補(bǔ)償后，兩缸的最大位移誤差僅為1.8 mm，該控制器有比較好的同步精度。傾角調(diào)平仿真曲線如圖8所示，可以看出:平臺先使傾斜較大的x軸水平后，再使y軸達(dá)到水平。平臺基本上是在不同時間內(nèi)只繞一個邊轉(zhuǎn)動，調(diào)平精度可達(dá)5'以內(nèi)，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

圖7 帶同步誤差補(bǔ)償跟蹤位移輸出曲線

圖8 雷達(dá)天線車傾角調(diào)平曲線

3 結(jié)論

對雷達(dá)天線車液壓升降系統(tǒng)的同步控制進(jìn)行了仿真分析。由于存在負(fù)載不均衡、摩擦阻力、液壓缸泄漏量的不同、空氣的混入和制造誤差等因素，都會影響同步精度，因此有必要采取同步控制策略。仿真結(jié)果表明:應(yīng)用作者設(shè)計(jì)的定量反饋同步調(diào)平控制器能大大提高天線液壓升降系統(tǒng)的同步性能，明顯改善雷達(dá)天線車的架設(shè)和撤收性能。

【1】馮天麟，唐曉群.塔架式高機(jī)動雷達(dá)天線車的研究［J］.電子機(jī)械工程，2004(4):19－21.

【2】李小波，孫志勇.雷達(dá)天線自動調(diào)平系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2006，28(7):74－76.

【3】倪江生，翟羽健.雷達(dá)天線車座調(diào)平問題的研究［J］.測控技術(shù)，1994，13(4):36 －39.

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【5】姜浩，劉衍聰，張彥廷，等.浮式鉆井平臺升沉模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2012，40(1):92－95.

【6】凌軒，曹樹平，朱玉泉，等.基于模糊自適應(yīng)控制的四點(diǎn)支承液壓平臺自動調(diào)平方法［J］.機(jī)床與液壓，2007，35(11):84－86.

【7】LING Xuan，LIXiaohui，ZHU Yuquan，et al.Adaptive Fuzzy Sliding Mode Control of Automatic Leveling Mechanism for Radar Antenna Truck［C］//Proceedings of the5th International Symposium on Fluid Power Transmission and Control，Beidaihe，China，2007.

【8】LING Xuan，LIXiaohui，ZHU Yuquan，et al.QFTRobust Control Combined on ZPETC for Radar Truck Leveling Simulator［J］.Jounal of Shanghai University，2009，13(5):384－390.

Simulation Analysis of Synchronization Control of Hydraulic Lift System for Radar Antenna Truck

LING Xuan，WANG Xudong，CHEN Saike
(College of Mechanical＆ Electrical Engineering，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou Guangdong 510225，China)

Radar leveling system is the key equipment for improving radarmobility and survival capability.Simulationswere carried out to study synchronization capability of hydraulic lift system of radar antenna truck by using MATLAB and Simulink.To eliminate the influence of the manufacturing errors of cylinders and load disturbance on the synchronization control precision，the QFT(quantitative feedback theory)leveling controller was put forward.Simulation results demonstrate the designed controller has high synchronization accuracy and fast dynamic response aswell as stability.The leveling controller can drive the radar truck leveling platform accurately，quickly and stably.

Radar antenna truck;Simulations;Synchronization capability;QFT

TH137

A

1001－3881(2013)8－081－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.08.029

2012－02－05

凌軒 (1974—)，博士，講師，主要從事自動伺服控制方面的研究工作。E－mail:mysoar@163.com。