[发明专利]机械天线MSK信号加载的伺服控制系统及方法

说明书

本发明公开了旋转永磁式机械天线MSK信号加载的伺服控制系统，旋转永磁式机械天线包括磁源、电机和控制器，根据辐射源运动控制特性与机械天线输出特性之间的对应关系，将信号频率和相位调制分别映射为对平均转速和瞬时位置的控制，从而产生旋转伺服系统的输入给定。再对所述电机的转速和电流采用双闭环控制，同时也对电机的相对位置进行闭环控制。该方法通过实时控制输出的相对位置，确保每个码元周期信号附加相位变化±π/2；通过间接控制输出转速差，使信号频差满足±1/(4T_s)的要求，实现对MSK数字调制信号的加载。

技术领域

本发明属于永磁同步电机伺服控制领域，具体为机械天线MSK信号加载的相对位置闭环控制方法。

背景技术

在低频电磁通信领域，现有低频发射天线均为电小天线，其存在辐射效率低，体积及发射功率庞大等问题，限制了低频电磁通信在相关领域的广泛应用。机械天线是利用机械运动的电荷或磁矩直接激励电磁波的一种新型低频电磁发信技术。根据不同的辐射材料和机械运动方式，机械天线可分为振动驻极式、振动永磁式、旋转驻极式和旋转永磁式等技术体制。得益于稀土永磁材料和旋转伺服控制技术在军事和民用领域的成熟应用，旋转永磁式机械天线已成为国内外该领域研究的重点方向。

由于机械天线涉及多学科领域交叉，根据机械天线的电磁发射与信息加载机理，为实现高效应用，其设计、分析和应用将面临一系列问题和挑战。

为提高功放效率，目前主要采用频移键控(FSK)和最小频移键控(MSK)等恒包络调制策略，涉及对发射信号的频率和相位控制。不同于现有电小天线需通过调制器对功放输出电压/电流的频率和相位进行控制，机械天线通过改变辐射源的运动状态，即可实现信息加载。但需要将不同调制参数映射为振动或旋转运动的状态参数，并进行相应运动激励与控制。

由于惯性影响，辐射源的运动状态不能突变，这要求调制波形相位连续，故选用MSK数字信号调制策略。同时，辐射源的位置(角度)、速度(转速)等状态误差都会影响机械天线的调制性能。因此，需要研究辐射源运动控制特性与机械天线输出特性之间的对应关系，并以此为依据实现对辐射源运动状态的实时控制。为提高传输带宽与信噪比，对于上述控制过程，要求被控状态参量能快速响应并无稳态误差，其核心是要设计并采用适当的伺服控制策略及其实现系统，以提高振动或旋转伺服控制的动态跟随性和抗负载扰动性，从而提高系统的动态性和鲁棒性。

发明内容

本发明提出了旋转永磁式机械天线MSK信号加载的相对位置闭环控制方法，通过旋转伺服控制系统实现机械天线辐射源的运动状态控制，从而实现对MSK数字调制信号的加载。

本发明所采用的技术方案如下：

机械天线MSK信号加载的伺服控制系统，包括控制电路和功率电路，所述控制电路控制所述功率电路的输出电压和电流，所述功率电路的输出端与机械天线的电机连接，所述控制电路包括，

位置调节器，接受相对位置给定和相对位置反馈，调节输出转速差；

转速调节器，接受转速差、基础转速和转速反馈，调节输出交轴电流给定；

交轴电流调节器，接受交轴电流给定和交轴电流反馈，输出交轴电压给定；

直轴电流调节器，接受直轴电流给定和直轴电流反馈，输出直轴电压给定；

驱动信号发生器，根据交轴电压给定和直轴电压给定输出功率电路的驱动信号。

上述相对位置给定根据MSK码元信号与电机旋转状态的对应关系得到。

上述相对位置反馈为所述电机的实时旋转角速度减去基础角速度后，经过积分运算得到。

上述转速调节器、交轴电流调节器和直轴电流调节器为比例积分调节器。