袁軍　段彬　范曉東

摘要：本文采用永磁同步電機作為雷達伺服控制系統(tǒng)的伺服電機，采用DSP作為主控芯片，結(jié)合模糊PID控制理論，實現(xiàn)雷達伺服控制的設(shè)計，為提高雷達伺服控制的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：伺服控制；DSP；模糊控制

中圖分類號：TN957 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0014-01

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及我國綜合國力的不斷提高，我國的航空航天以及武器裝備領(lǐng)域得到飛速的發(fā)展。雷達作為軍用和民用領(lǐng)域的重要裝備在很多領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用，雷達伺服系統(tǒng)是雷達的重要組成部件，可以起到控制天線轉(zhuǎn)動的作用，幫助雷達及時發(fā)現(xiàn)并跟蹤目標(biāo)，實現(xiàn)精確的跟蹤與測量。本文主要研究基于DSP的雷達伺服控制，以交流永磁同步電機作為伺服電機，采用DSP芯片作為控制的核心控制器，利用模糊PID控制理論，實現(xiàn)雷達伺服系統(tǒng)的設(shè)計。

1 雷達伺服控制系統(tǒng)介紹

雷達的伺服系統(tǒng)可以控制雷達在方位和俯仰方向根據(jù)跟蹤的目標(biāo)進行隨動，幫助雷達對目標(biāo)進行精確的跟蹤，雷達伺服系統(tǒng)的控制是關(guān)乎雷達性能的重要影響因素。

天線的轉(zhuǎn)動是通過方位角和俯仰角的變化來實現(xiàn)的，通過控制方位角和俯仰角實現(xiàn)電磁波束在指定空間內(nèi)的掃描。角度的跟蹤可以使雷達天線對跟蹤目標(biāo)進行跟蹤控制，實現(xiàn)跟蹤目標(biāo)始終在雷達的波束軸向上。天線角度跟蹤信號代表了目標(biāo)偏離軸線的角度大小，極性代表了目標(biāo)偏離軸線的方向，系統(tǒng)的控制目標(biāo)是不斷向著較少誤差的方向進行跟蹤控制，使雷達天線始終處于電磁波束軸線方向。伺服系統(tǒng)的控制就是實現(xiàn)方位角和俯仰角的跟蹤控制，還能使雷達的相關(guān)裝置能夠根據(jù)雷達天線的角度變化而變化。

雷達伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、跟蹤精確度和響應(yīng)速度是評判伺服系統(tǒng)的重要指標(biāo)。伺服系統(tǒng)能夠正常工作首先需要保證具有良好的穩(wěn)定性，伺服系統(tǒng)能夠?qū)δ繕?biāo)進行準確的識別并跟蹤。跟蹤精度值是輸出軸跟隨輸入軸角度轉(zhuǎn)動時，兩者之間的角度誤差，誤差角越小表明跟蹤的精度越高。伺服系統(tǒng)要求具有很好的響應(yīng)速度，從而滿足目標(biāo)跟蹤的要求，為了提高伺服系統(tǒng)的控制精度，改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，本文根據(jù)伺服控制的需要采用了電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的三環(huán)結(jié)構(gòu)來降低滯后時間，提高響應(yīng)速度。

2 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

雷達伺服系統(tǒng)是決定雷達性能的重要裝置，根據(jù)調(diào)研，伺服系統(tǒng)正在向著高性能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成一體化的方向發(fā)展。高性能化，首先需要在伺服系統(tǒng)的硬件方面，改善電機材料和結(jié)構(gòu)，提高逆變器和檢測單元的性能及精度，軟件方面采用自適應(yīng)、人工智能等先進的控制策略，提高伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)。智能化，工業(yè)控制裝備的智能化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢，伺服系統(tǒng)的智能化要求具有自診斷和分析能力，具有自動辨別電機參數(shù)、自動測定編碼器零位等功能。網(wǎng)絡(luò)化，通過將現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到伺服電機的控制中，使伺服系統(tǒng)連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)在線監(jiān)測與控制。集成化，通過將電機、驅(qū)動控制和通訊集成為一體搭建起雷達天線的伺服控制系統(tǒng)，能夠在設(shè)計、運行和維護方面更加簡便。

目前，伺服控制系統(tǒng)正在進行巨大的變革，各種新型傳感器、新材料、新工藝、新的控制技術(shù)的發(fā)展促進了雷達伺服控制技術(shù)的提高。伺服控制系統(tǒng)的驅(qū)動方式逐漸從直流伺服驅(qū)動向著交流伺服驅(qū)動發(fā)展，交流電機具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無換向器的特點，正在逐漸取代直流伺服電機。伺服控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方式逐漸從模擬伺服控制向著數(shù)字伺服控制的方向發(fā)展，逐漸實現(xiàn)雷達伺服控制的數(shù)字化，實現(xiàn)伺服控制系統(tǒng)的控制精度高、響應(yīng)速度快、動態(tài)穩(wěn)定性好的控制目標(biāo)。伺服控制系統(tǒng)的控制理論也從傳統(tǒng)的控制理論向著現(xiàn)代控制理論以及智能化的控制理論發(fā)展，更多智能化的控制理論和算法應(yīng)用到了伺服控制中，例如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、專家理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

3 雷達伺服系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 雷達伺服系統(tǒng)的硬件組成

完整的雷達伺服控制系統(tǒng)由伺服電機、伺服控制驅(qū)動器、檢測裝置、通訊裝置以及顯示設(shè)備組成。其硬件組成主要可以劃分為三大部分：驅(qū)動電路板、DSP控制電路板和輔助電路。驅(qū)動電路板包括了整流模塊、智能功率模塊、過流過壓及欠壓保護電路。DSP控制電路包括DSP芯片，電源電路，變量采集電路，速度、位置檢測電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，PWM波形產(chǎn)生電路，通信電路等。輔助電路包括鍵盤輸入電路、串口電路、故障檢測保護電路等。

DSP主控芯片選用TI公司為控制專門設(shè)計的高性能定點32位DSP處理芯片TMS320F2812，最高能夠以150MHz主頻工作，具有18K*16位的片內(nèi)SRAM以及128K*16位片內(nèi)Flash，具有3個32位CPU定時器，56個可以獨立編程的GPIO引腳。該芯片片上的外設(shè)包括了16路12位的高精度的A/D功能，兩個事件管理器，每個事件管理器包括6路PWM/CMP、3路CAP、2路QEP以及2路16位的定時器。

3.2 雷達伺服系統(tǒng)的控制板設(shè)計

伺服控制系統(tǒng)的控制板是整個伺服控制系統(tǒng)的核心，雷達的穩(wěn)定運行，目標(biāo)跟蹤都依賴控制板的輸出控制?？刂瓢褰邮諄碜钥刂葡到y(tǒng)的一系列的參數(shù)，例如采集的被跟蹤目標(biāo)的位置和速度，雷達天線的控制信號，反饋的雷達角度碼等信息，然后通過算法的計算得到雷達位置的誤差和轉(zhuǎn)速，根據(jù)控制策略發(fā)出不同頻率的信號和脈沖進入到驅(qū)動器中，驅(qū)動器來驅(qū)動雷達天線的運動。

雷達伺服控制系統(tǒng)的控制回路包括了電路回路、速度回路和位置回路，通過控制三個數(shù)據(jù)回路實現(xiàn)雷達的伺服控制。電流回路是為了使電流反饋直接迅速，提高雷達的調(diào)節(jié)速度，還可以控制電機的電流，能夠使電機以恒加速啟動或者制動，降低對系統(tǒng)的干擾。速度回路是雷達伺服系統(tǒng)控制的重要內(nèi)容，速度控制關(guān)系著驅(qū)動天線方位和仰角的控制，速度回路的控制有利于提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使得雷達天線更加平穩(wěn)的運行，影響著雷達伺服系統(tǒng)的整體性能。位置回路是雷達伺服系統(tǒng)的主反饋回路，系統(tǒng)的監(jiān)測單元采用增量式的光電編碼器，位置控制回路可以對目標(biāo)的位置變換進行跟蹤控制，從而較少系統(tǒng)的跟蹤誤差，提高系統(tǒng)的動作速度和定位精度。

4 基于模糊PID的伺服控制

模糊控制是應(yīng)用非常廣泛的一種智能控制方式，能夠很好的處理非線性、控制要求負責(zé)、模型不確定的控制問題。模糊PID控制相對于傳統(tǒng)的PID控制具有很強的魯棒性，運算速度快，不需要建立數(shù)據(jù)模型就可以實現(xiàn)有效的控制。本文采用模糊PID控制實現(xiàn)電流環(huán)、速度環(huán)以及位置環(huán)的控制，目的是雷達伺服控制系統(tǒng)的性能。

5 結(jié)語

本文在分析雷達伺服系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，主要研究基于DSP的雷達伺服控制，以交流永磁同步電機作為伺服電機，選用了TI的DSP芯片來控制伺服電機，分析基于模糊PID控制理論的伺服電機控制，實現(xiàn)雷達伺服系統(tǒng)的設(shè)計。

參考文獻

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