[发明专利]基于结构与控制相集成的雷达天线伺服系统设计方法

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及雷达天线伺服系统的设计方法，用于指导雷达天线伺服系统的设计。

背景技术

雷达是一种利用它自身所发射的无线电波来探测目标的设备。其基本原理是这样的：雷达的发射机产生一种强功率的无线电波，经方向性极好的天线辐射到空间，这种无线电波如果遇到目标，例如飞机就会被目标反射，如果能够接受这种被反射的回波，并根据其回波的特性，便可判断目标的位置和其他参数。为了使辐射的无线电波照射到目标，并接受到目标的回波，必须在搜索到目标以后，自动的跟踪目标。而搜索目标和自动跟踪目标就是借助于雷达天线伺服系统来实现的。

雷达的指向精度与快响应取决于雷达天线伺服系统的设计水平，而伺服系统的设计包括两部分：结构设计与控制设计。结构设计的水平将影响到控制性能的实现，如伺服控制带宽的实现依赖于结构固有频率。反过来，控制又会影响到结构的设计，如天线伺服系统中驱动力的大小将影响天线座结构的设计。

而传统的雷达天线伺服系统设计却是结构设计和控制设计相分离的，即单独设计机械结构和控制系统，再进行调校以达到要求的指标。实际上雷达天线伺服系统中结构和控制却是相互耦合的，尤其在高性能跟踪中，二者的耦合非常紧密。如果在控制设计时未能充分考虑伺服结构的特性，将导致伺服跟踪性能降低，甚至无法达到要求的性能指标；另一方面，在结构设计时如未能充分考虑控制作用，就不能得到最优设计，甚至无法设计出满足性能要求的结构。这种分离设计方法导致产品研制的周期长、成本高、性能差、结构笨重。因此，为实现雷达天线“看得准”与“看得清”的目标要求，其伺服系统的结构与控制必须进行集成设计。例如：Kamal Y.T.Modeling，design and controlintegration：a necessary step in Mechatronics.IEEE/ASME Trans.Mechatronics，1996，1(1)：29-37中对机电系统集成设计的必要性进行了很好的阐述；Fathy，H.K.；Reyer，J.A.；Papalambros，P.Y.；Ulsoy，A.G.，On the coupling between the plant and controlleroptimization problems，Proceedings of the American Control Conference，2001，v 3，p1864-1869通过数值、实验及理论对耦合进行了研究，并对其进行了量化，指出由于耦合的存在使顺序的求解方法不能达到系统级的最优。

目前，在国内外最常用的结构与控制的集成设计方法有如下几种：

(1)J.Onoda and Rapphael T.Haftka，A approach to structure/control simultaneousoptimization for large flexible spacecraft，AIAA，1987，25：1133-113提出了一种基于实际目标函数和约束的大型太空系统结构与控制的同步优化设计方法；H.Yamakawa，Aunified method for combined structural and control optimization of nonlinear mechanical andstructural systems，Int.J.Computer Aided Optimum Design of Structures，1989，287-298针对非线性结构的结构控制组合优化问题提供了一种步进集成技术。

(2)Reyer J A，Papalambros P Y.Combined optimal design and control with applicationto an electric DC motor.Transactions of the ASME，Int.J.Mechanical design，2002，124(6)：183-191研究了直流电机的结构与控制的集成设计问题。