段方振　李三穩(wěn)

摘 要：精密測(cè)量雷達(dá)伺服系統(tǒng)通常采用典型的三環(huán)控制，從外到內(nèi)依次是位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)指的是速度環(huán)以內(nèi)的部分，是伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)。利用MATLAB/Simulink的輔助設(shè)計(jì)和強(qiáng)大仿真功能，對(duì)某雷達(dá)所采用的雙電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了環(huán)路分析和建模，并進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，得到了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的響應(yīng)效果。該仿真方法為不同狀態(tài)和參數(shù)下的伺服系統(tǒng)性能分析提供了科學(xué)的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)伺服系統(tǒng)；電流環(huán)；建模；仿真

中圖分類號(hào)：TM359.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）23-0072-02

1 概 述

伺服系統(tǒng)是精密測(cè)量雷達(dá)進(jìn)行實(shí)時(shí)捕獲、跟蹤空間目標(biāo)的重要組成部分，其性能好壞直接影響雷達(dá)跟蹤的穩(wěn)定性和跟蹤的精度。雷達(dá)伺服控制通常采用典型的三環(huán)控制，從外到內(nèi)依次是位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)指的是速度環(huán)以內(nèi)的部分，是伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)[1]。伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，其參數(shù)設(shè)置及負(fù)載特性等通常情況下均已固定，但實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，由于環(huán)境因素、設(shè)備改造或設(shè)備器件性能變化，不可避免出現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)及負(fù)載特性發(fā)生變化的情況。為了滿足任務(wù)需要，伺服系統(tǒng)就需要具有高測(cè)量精度和高動(dòng)態(tài)性能。而MATLAB/Simulink的控制模塊是針對(duì)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，具有動(dòng)態(tài)建模，仿真，綜合性能分析的軟件包。利用該軟件包對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，可為伺服系統(tǒng)不同狀態(tài)和參數(shù)下的設(shè)備性能分析提供科學(xué)的依據(jù)[2-4]。

2 控制對(duì)象特性分析

控制對(duì)象是控制系統(tǒng)的重要組成部分。分析控制對(duì)象，取得控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，是進(jìn)行伺服系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。

3 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)環(huán)路分析及建模

在采用單速度環(huán)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，同一天線軸上的兩臺(tái)電機(jī)電流環(huán)共用一個(gè)速度環(huán)，環(huán)內(nèi)只有一個(gè)速度調(diào)節(jié)器，速度反饋信號(hào)取自兩臺(tái)電機(jī)測(cè)速機(jī)輸出之和后，與輸入速度指令比較，經(jīng)過(guò)并聯(lián)PID調(diào)節(jié)器、加速度限制等形成電流指令送各電機(jī)控制器中的電流環(huán)路，經(jīng)環(huán)路調(diào)節(jié)、整流放大后驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的電機(jī)，其原理如圖1所示。

3.1 電流環(huán)

在雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，兩個(gè)電流環(huán)是相同的。理論分析和實(shí)踐都證明：當(dāng)電流環(huán)的開(kāi)環(huán)增益足夠高且時(shí)間常數(shù)之和足夠小時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)自身的反電勢(shì)反饋以及反電勢(shì)補(bǔ)償對(duì)電流環(huán)的影響均可忽略不計(jì)，而這兩個(gè)條件在實(shí)際系統(tǒng)中并不難滿足，因此沒(méi)有必要僅僅為了設(shè)計(jì)電流環(huán)去推導(dǎo)反電勢(shì)補(bǔ)償環(huán)的傳遞函數(shù)。

3.2 速度環(huán)

力矩偏置和差速振蕩抑制只是為了改善系統(tǒng)性能，并沒(méi)有改變系統(tǒng)的特性，因此可對(duì)它不予考慮。而對(duì)于雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電流環(huán)相同，并由兩測(cè)速機(jī)反饋信號(hào)求和后統(tǒng)一進(jìn)行速度環(huán)增益和PID調(diào)節(jié)，因此可合二為一。

4 環(huán)路仿真

本文利用MATLAB/Simulink的輔助設(shè)計(jì)和強(qiáng)大仿真功能，以方位支路為例對(duì)某雷達(dá)所采用的雙電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。

4.1 負(fù)載特性

4.2 電流環(huán)仿真

通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真驗(yàn)證，上升時(shí)間約為15 ms，超調(diào)量為15%，振蕩次數(shù)0.5，帶寬為25 Hz，不會(huì)給速度環(huán)帶來(lái)過(guò)大的滯后，與系統(tǒng)的實(shí)際情況相符。電流環(huán)的特性主要體現(xiàn)在負(fù)載變化例如陣風(fēng)等的影響，環(huán)路帶寬越大，對(duì)負(fù)載變化的反應(yīng)越迅速。

4.3 速度環(huán)仿真

通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真驗(yàn)證，上升時(shí)間約為200 ms，超調(diào)量為10%，振蕩次數(shù)0.5，帶寬為2 Hz，并且可以明顯看出由于結(jié)構(gòu)諧振引起的爬坡現(xiàn)象，與系統(tǒng)的實(shí)際情況相符。

MATLAB仿真測(cè)試結(jié)果，上升時(shí)間、超調(diào)量變化不大，即速度環(huán)帶寬變化較小，但閉環(huán)增益由23降為20，振蕩次數(shù)為1，過(guò)渡過(guò)程中有產(chǎn)生振蕩的趨勢(shì)，即測(cè)速機(jī)反饋系數(shù)的變化需控制在一定范圍內(nèi)，否則將導(dǎo)致天線振蕩。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)路分析和建模，并對(duì)電流環(huán)和速度環(huán)分別進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。本仿真測(cè)試方法對(duì)分析伺服系統(tǒng)不同參數(shù)和負(fù)載特性下的性能研究具有積極作用，結(jié)合后續(xù)任務(wù)需要，相關(guān)研究仍需進(jìn)一步繼續(xù)和深入。

參考文獻(xiàn)：

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