[发明专利]一种大阵面雷达天线俯仰轴驱动装置及自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达伺服控制领域，适用于雷达天线伺服系统稳定控制，是一种新型的有效的雷达天线稳定控制方法。

背景技术

自雷达在上世纪三十年代诞生以来，雷达系统技术的发展己历经八十多年的时间，现代雷达技术理论方法、体制机制及技术应用等各方面均得到了快速的发展。其中，雷达伺服系统是雷达的重要组成部分，直接担负着雷达天线的驱动，使得雷达能够及时精确地对准目标，对于目标探测、目标跟踪、目标精确定位等都起着至关重要的作用。雷达伺服系统的控制性能直接影响着整个雷达系统的探测和跟踪性能。特别是雷达伺服系统精度，会直接影响雷达的测角精度。因此，雷达伺服系统必须具备良好的稳定性、快速性和抗干扰能力。

随着雷达技术的发展，对雷达伺服控制系统也提出了更高的要求，对雷达控制精度的要求越来越高。同时，为满足雷达控制精度的要求，雷达天线的尺寸也随之变得越来越大。而天线尺寸的增加也必然带来了一系列新的技术问题。为解决这些问题，必须对雷达控制系统进行深入分析和研究。特别是对于雷达俯仰轴而言，与方位轴相比，由于雷达俯仰轴直接与雷达天线相连接，以控制天线进行俯仰运动；因此，在俯仰轴旋转控制时，天线风力矩、惯性力矩和摩擦力矩等干扰力矩均会对俯仰轴的控制性能造成较大影响；特别在大尺寸阵面雷达天线的控制运动中，干扰力矩对控制稳定性和控制性能的影响尤为严重。

然而，目前雷达在控制上一般采用力矩电机直接套轴驱动方式，此驱动方式虽然结构简单、易于装配；但是由天线折算到其负载转轴上的干扰力矩过大、且其承载能力较小，因而控制稳定性较差，控制性能较低。

同时，在目前雷达控制系统设计中，常用的是PID控制方法。PID控制局限于线性系统，而且过分依赖于控制对象的模型参数，鲁棒性差；同时，其PID参数值虽然有一定局域性的优化值，但非全局的最优值，无法从根本上解决动态品质和稳态精度的矛盾，因而严重影响雷达伺服系统的控制性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种应用伺服电动缸驱动的雷达俯仰轴驱动装置；并基于对雷达俯仰轴的旋转运动和电动缸丝杠的直线运动关系，设计了一种自适应模糊PID控制方法，能够实现对大阵面雷达天线俯仰轴的稳定控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大阵面雷达天线俯仰轴驱动装置，包括伺服电机、编码器、光纤陀螺、旋转变压器、自适应模糊PID控制器和伺服驱动组合。

所述伺服电机安装在雷达天线座上，伺服电机的输出通过丝杠与雷达天线铰接，且铰接点不在雷达天线的俯仰轴上；所述编码器测量丝杠的转动速度，光纤陀螺测量雷达天线的俯仰角速度，旋转变压器测量雷达天线的俯仰角度，均传输给自适应模糊PID控制器，计算得到丝杠长度控制量；将丝杠长度控制量通过D/A变换器输入伺服驱动组合，驱动伺服电机运动；通过控制丝杠的长度，进行俯仰轴角度的控制。

本发明还提供上述大阵面雷达天线俯仰轴驱动装置的自适应控制方法，包括以下步骤：

(1)测量雷达天线的俯仰角度、俯仰角速度以及丝杠长度和速度；

(2)进行雷达俯仰角度和丝杠长度之间的换算，计算雷达俯仰轴转动误差；

(3)根据雷达俯仰轴转动误差e，分别选取比例控制系数k_p、积分控制系数k_i和微分控制系数k_d的模糊自适应整定规则，采用加权平均法对k_p、k_i、k_d去模糊化，得到丝杠长度控制量u=kp+ki∫e+kde·;]]>

(4)利用计算出的丝杠长度控制量驱动伺服电机运动，通过控制电机丝杠的长度，进行俯仰轴角度的控制；

(5)返回步骤(1)，直至整个控制过程完成。