【摘要】本文介紹了電調(diào)天線控制系統(tǒng)測(cè)量基準(zhǔn)丟失后自同步的解決辦法。系統(tǒng)工作中因掉電或步進(jìn)電機(jī)失步，最終導(dǎo)致移相器收到錯(cuò)誤的命令進(jìn)行錯(cuò)誤的操作，因丟失基準(zhǔn)系統(tǒng)不能正常工作。本文針對(duì)系統(tǒng)測(cè)量基準(zhǔn)丟失提出了一種改進(jìn)方法，根據(jù)遮光器在光傳感器間的運(yùn)動(dòng)確定遮光滑塊的位置，電調(diào)天線控制系統(tǒng)上電后，依據(jù)掉電前單片機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，將自同步過程縮小在方波波形的一個(gè)周期內(nèi)，在這個(gè)周期內(nèi)能迅速進(jìn)行自校準(zhǔn)達(dá)到同步，從而解決基準(zhǔn)丟失后的同步問題。

一、引言

機(jī)械下傾天線在偏遠(yuǎn)站點(diǎn)維護(hù)效率低、成本高，目前電調(diào)天線已成規(guī)模并投入應(yīng)用，因此電調(diào)天線的快速調(diào)制控制、控制精度是關(guān)鍵，在電調(diào)天線控制器的設(shè)計(jì)中，容易掉電或步進(jìn)電機(jī)失步，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量基準(zhǔn)丟失，使得電調(diào)電線控制器無(wú)法準(zhǔn)確的調(diào)整到理想的下傾角度，降低了天線的效率。電調(diào)天線控制器的原理是用機(jī)械和電氣的辦法，通過外圍電路控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)作用于移相器，移相器接收控制系統(tǒng)發(fā)來的控制命令，而主控電路對(duì)系統(tǒng)的控制主要是控制移相器的位移，根據(jù)控制器傳入信號(hào)對(duì)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)不斷的工作中，系統(tǒng)會(huì)因掉電或電機(jī)失步會(huì)導(dǎo)致整個(gè)測(cè)量過程的基準(zhǔn)丟失，因此需要控制器重新尋找基準(zhǔn)。

本文首先分析系統(tǒng)測(cè)量基準(zhǔn)丟失的原因，然后根據(jù)其原因找到相對(duì)應(yīng)的解決辦法，在降低成本的同時(shí)使系統(tǒng)工作保持穩(wěn)定。

二、造成系統(tǒng)測(cè)量基準(zhǔn)丟失的原因

在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過程中，測(cè)量過程的基準(zhǔn)丟失后會(huì)導(dǎo)致控制器無(wú)法保持穩(wěn)定的工作，因此必須剖析系統(tǒng)測(cè)量基準(zhǔn)丟失的原因，步進(jìn)電機(jī)失步的原因有很多，總體而言包括以下四類。

1.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的加速度比步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)要慢，也就是說電機(jī)中轉(zhuǎn)子的力的速度慢于步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，然后自然而然步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生失步，產(chǎn)生這樣的情況有可能是電機(jī)的電源產(chǎn)生波動(dòng)，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩跟著運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)，并且隨著頻率的上升而降低，接著發(fā)生一些運(yùn)行頻率高電機(jī)出現(xiàn)失步，按照這樣來說，就是步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的力不足，使得系統(tǒng)的托動(dòng)力不夠。

2.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的平均速度高于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，最終引起定子通電勵(lì)磁的時(shí)間較長(zhǎng)，并且時(shí)間大于轉(zhuǎn)子步進(jìn)一步所需的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子獲得了過多的能量，使得步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩突然增大，最終導(dǎo)致使步進(jìn)電機(jī)越步。控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)控制負(fù)載運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)越步現(xiàn)象的概率大大增加，其原因就是負(fù)載在向下動(dòng)作的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)本身需要的轉(zhuǎn)矩會(huì)減小。

3.控制系統(tǒng)工作中因電動(dòng)機(jī)攜帶負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)存在慣性，發(fā)出停止命令的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)不能立即停止，發(fā)出啟動(dòng)命令的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)也不能立刻啟動(dòng)，最后使得電機(jī)在該停的時(shí)候沒停下來，該啟動(dòng)的時(shí)候沒及時(shí)啟動(dòng)，概括來說就是啟動(dòng)的時(shí)候沒跟上出現(xiàn)丟步，而停止的時(shí)候沒停下來出現(xiàn)越步。

4.步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行中也會(huì)因共振引起失步，步進(jìn)電機(jī)固有的頻率與外界環(huán)境的頻率達(dá)到一致的時(shí)候，容易引起共振，而電機(jī)在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果控制系統(tǒng)的脈沖頻率恰巧與電機(jī)本身的頻率相同，立刻產(chǎn)生共振，而在一個(gè)控制脈沖的周期之內(nèi)。如果振動(dòng)幅度得不到消減，卻下一個(gè)脈沖即將來到，因此在下個(gè)脈沖來到之時(shí)會(huì)因共振產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)誤差，最終引起電機(jī)失步。

三、系統(tǒng)測(cè)量基準(zhǔn)的校準(zhǔn)辦法

系統(tǒng)在工作中出現(xiàn)失步造成了測(cè)量基準(zhǔn)丟失，本文采用的解決方案是在電調(diào)天線控制器中加一個(gè)新的模塊，也就是在步進(jìn)電機(jī)和移相器之間加入遮光滑塊，遮光滑塊在主控電機(jī)驅(qū)動(dòng)板上的光電傳感器之間不停的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)光的感應(yīng)產(chǎn)生光信號(hào)，并將光信號(hào)送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，若單片機(jī)接收引腳的電平發(fā)生由高變低或者由低變高的變化時(shí)，則可以結(jié)合遮光滑塊的運(yùn)動(dòng)方向來確定滑塊的位置，因此在來電以后，系統(tǒng)在校準(zhǔn)的時(shí)候可以鎖定一個(gè)方波周期內(nèi)，在這個(gè)周期之內(nèi)即可快速校準(zhǔn)，遮光滑塊的設(shè)置大大縮短了校準(zhǔn)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的控制效率，具體解決辦法如下：

在控制系統(tǒng)增加遮光滑塊，采用的光電傳感器調(diào)節(jié)電調(diào)天線下傾角度的原理如圖1-圖3所示，圖1中L1-L7為光電傳感器，每個(gè)光電傳感器都畫有一個(gè)小圓圈，表示遮光器中光束的位置，M1-M12表示遮光滑塊在眾多光電傳感器移動(dòng)時(shí)所處的位置，共設(shè)置有12個(gè)不同的位置，為了方便解釋圖中選了M2、M4、M11三個(gè)位置加以說明，從圖1中的M2的位置可以看出，這個(gè)位置是遮光片遮擋光束的臨界位置，當(dāng)遮光滑塊繼續(xù)向右方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，即將遮擋全部光束。

圖1 遮光滑塊在光電傳感器運(yùn)動(dòng)中的檢測(cè)原理

圖2 遮光滑塊即將推出遮擋時(shí)向相反方向運(yùn)動(dòng)

如圖2中所示M3位置，系統(tǒng)的工作時(shí)遮光滑塊繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)到即將退出遮擋光束，遮光滑塊開始向左運(yùn)動(dòng)將進(jìn)入遮擋。

經(jīng)單片機(jī)電路處理后，將光電傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為一方波，如圖3所示，M1-M12為遮光滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要通過光電傳感器組中的12個(gè)基準(zhǔn)位置，這12個(gè)基準(zhǔn)位置出現(xiàn)了高電平。

圖3 光電傳感器轉(zhuǎn)為方波波形

圖3中方波波形的12個(gè)基準(zhǔn)位置，這些基準(zhǔn)位置是依據(jù)系統(tǒng)主控電路來設(shè)計(jì)好的，設(shè)計(jì)時(shí)遮光滑塊的寬度剛好是相鄰兩個(gè)傳感器距離的一半左右，如果電調(diào)天線控制系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)下傾11度，系統(tǒng)將從M1-M12位置的行程為11度，從M1-M12共有11個(gè)區(qū)間，從方波波形可以看出剛好12個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)之間設(shè)定為1度，需調(diào)節(jié)角度時(shí)在相鄰兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的步距計(jì)數(shù)來完成角度細(xì)分，這樣當(dāng)控制器在調(diào)整過程中突然掉電，系統(tǒng)的移相器的位置失去參考位置，丟失基準(zhǔn)后需要自同步，但是移相器的全部過程由12個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)劃分為11個(gè)區(qū)間，所以自同步校準(zhǔn)的行程在一個(gè)區(qū)間迅速完成。

四、總結(jié)

本文主要解決了電調(diào)天線控制器在工作中遇到突然掉電丟失參考基準(zhǔn)的核心問題，首先分析了基準(zhǔn)丟失的各種主要原因，然后針對(duì)這些原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，最后針對(duì)各個(gè)不同的原因提出了步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生基準(zhǔn)丟失問題的解決辦法，并用圖解的方式通過遮光滑塊與光電傳感器的位置變化，展示了基準(zhǔn)丟失后自校準(zhǔn)的解決過程。

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