机载天线跟踪系统设计及工程实现
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摘要
本文以机载天线跟踪系统的研制为背景，研究了系统总体设计方案，提出了基于GPS、电子罗盘和水平仪的稳定跟踪系统实施方案，并进行了具体工程实现，值得一提的是，系统控制器采用了双微处理器结构，该控制器具有体积小、重量轻、集成度高、宽温工作等特点。通过对系统进行低温和冲击振动环境试验和车载实验，验证了系统的可靠性、稳定性及准确性，达到了性能指标要求。同时，由天线伺服系统中存在着的齿隙非线性现象，引申出了针对伺服系统中的齿隙非线性问题的研究，运用智能PID、补偿、角差负反馈等控制策略进行了仿真研究，有效地改善了系统性能，为进一步研究奠定了基础。
In order to develop the airborne antenna tracking system, the most attention is paid to the design and implementation of the airborne antenna tracking system, which is based on the Global Position System, electronic compass and tilt sensor component. And the implementation of the controller is based on dual microprocessors, and the characteristic of the controller includes small cubage, light weight, high integration and broad operation temperature. The reliability, stability and the accuracy of the system are verified with the test of the low temperature and the vibration. And the expected performance index of the system is achieved. At the same time, the backlash is studied. In order to reduce the influence of backlash to the system, the control strategy of intelligent PID, compensation control and feedback of angle difference are introduced. The results of computer simulation prove that the above methods are feasible.
In order to develop the airborne antenna tracking system, the most attention is paid to the design and implementation of the airborne antenna tracking system, which is based on the Global Position System, electronic compass and tilt sensor component. And the implementation of the controller is based on dual microprocessors, and the characteristic of the controller includes small cubage, light weight, high integration and broad operation temperature. The reliability, stability and the accuracy of the system are verified with the test of the low temperature and the vibration. And the expected performance index of the system is achieved. At the same time, the backlash is studied. In order to reduce the influence of backlash to the system, the control strategy of intelligent PID, compensation control and feedback of angle difference are introduced. The results of computer simulation prove that the above methods are feasible.
引文
1 胡寿松．自动控制原理．第3版．北京：国防工业出版社，1994
2 金钰，胡祜德，李向春．伺服系统设计指导．第1版．北京：北京理工大学出版社，2000
3 李连升．雷达伺服系统．第1版．北京：国防工业出版社，1983
4 秦继荣，沈安俊．现代直流伺服控制技术及其系统设计．第1版．北京：机械工业出版社，1993
5 吴凤高．天线座结构设计．北京：国防工业出版社，1979
6 袁建平等．GPS在飞行器定位导航中的应用．第1版．西北工业大学出版社，2000
7 以光衢等．惯性导航原理．第1版．北京：航空工业出版社，1987
8 夏南银．航天测控系统．第1版．北京：国防工业出版社，2002
9 陶永华等．新型PID控制及其应用．第2版．北京：机械工业出版社，2002
10 刘金琨．先进PID控制及其MATLAB仿真．第1版．北京：电子工业出版社，2003
11 陈桂明等．应用MATLAB建模与仿真．第1版．北京：科学出版社，2001
12 李润方，王建军．齿轮系统动力学——振动·冲击·噪声．第1版．北京：科学出版社，1997
13 胡大可．MSP430系列Flash型超低功耗16位单片机．第1版．北京：北京航空航天大学出版社，2001
14 谭浩强．C程序设计．第1版．北京：清华大学出版社，1991
15 金光．机载光电跟踪测量的目标定位误差分析和研究．长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士论文，2001
16 王连明．机载光电平台的稳定与跟踪伺服控制技术研究．长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士论文，2002
17 王小军．全空域跟踪的舰载雷达驱动系统研究．哈尔滨：哈尔滨工程大学博士论文，2002
18 张智永．移动载体稳定跟踪平台测控技术研究．国防科学技术大学硕士论文，2002
19 贾可亮．车载式卫星天线控制器跟踪控制方法的研究．山东师范大学硕士论文，2001
20 林晓．组合导航技术研究及船载天线稳定系统设计．南京理工大学硕士论文，2002
21 袁磊峰．用于卫星通信的舰载天线稳定系统的设计及工程实现．南京理工大学硕士论文，2002
22 陈向明．机载天线跟踪系统的设计与实现．南京理工大学硕士论文，2004
23 张振庄．机载卫星通信天线稳定平台的实现．无线电工程．1998(2)．59-61
24 陈建．机载陀螺稳定平台自动控制系统研究．飞行试验．2001．(3)．25-26
25 朱涛，鲍德宁，许江宁，卞鸿巍．航空摄影陀螺稳定平台的嵌入式计算机控制系统．中国惯性技术学报．2002(3)：42-45
26 董海艳，王惠南．GPS导航系统中的坐标变换及软件实现．舰船导航．2003(1)：38-44
27 孙永荣，丁晓莉，陈武，刘建业．GPS多天线数据采集与控制系统．数据采集与处理．2003(3)：74-77
28 王启志，王永初．智能PID控制器研究的现状与进展．自动化仪表．2002(12)：1-3
29 杨俊莲．一种智能PID调节器的设计方法．沈阳工业大学学报．2001(2)：146-149
30 沈永福，吴少军，邓方林．智能PID控制综述．工业仪表与自动化装置．2002(6)：11-13
31 杨静忠．小口径高炮伺服系统及其齿隙非线性研究．南京理工大学硕士论文，1999
32 张军．大口径天线伺服系统的研制．南京理工大学硕士论文，1998
33 刘吉臻，曾德良，刘延泉．基于规则的滞环非线性补偿控制．控制理论与应用．1997(3)：383-388
34 韩存武，张竞新，顾兴源．具有间隙非线性系统的控制加权自适应控制．自动化学报．1993(5)：535～542
35 孙西，周立峰．具有间隙非线性系统的自适应控制．控制理论与应用．1991(1)：96-100
36 王永骥，徐桂英，涂健．具有滞环非线性补偿的预测控制．控制与决策．1993(4)：311-314
37 陈庆伟，郭毓，杨静忠．提高齿隙非线性系统精度的应用研究．南京理工大学学报．2002(6)：486-489
38 IAR System. MSP430 ASSEMBLER, LINKER, AND LIBRARIAN Programming Guide. 2000
39 IAR System. MSP430 C Compiler Programming Guide. 2000
40 IAR System. MSP430 C-spy User Guide. 2000
41 IAR System. MSP430 Windows Workbench Interface Guide. 2000
42 Gang Tao and Peter V.Kokotivic. Adaptive Control of Plants with Unknown Dead-Zone, IEEE Transactions on Automatic Control. 1994(1): 59-68
43 Gang Tao and Peter V.Kokotivic. Adaptive Control of Systems with Backlash, Automatic. 1993(2): 323-335
44 C.W.Tao. Fuzzy Control for Linear Plants With Uncertain Output Backlashes, IEEE Transactions on Systems, 2002(3): 373-380
2 金钰，胡祜德，李向春．伺服系统设计指导．第1版．北京：北京理工大学出版社，2000
3 李连升．雷达伺服系统．第1版．北京：国防工业出版社，1983
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9 陶永华等．新型PID控制及其应用．第2版．北京：机械工业出版社，2002
10 刘金琨．先进PID控制及其MATLAB仿真．第1版．北京：电子工业出版社，2003
11 陈桂明等．应用MATLAB建模与仿真．第1版．北京：科学出版社，2001
12 李润方，王建军．齿轮系统动力学——振动·冲击·噪声．第1版．北京：科学出版社，1997
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17 王小军．全空域跟踪的舰载雷达驱动系统研究．哈尔滨：哈尔滨工程大学博士论文，2002
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19 贾可亮．车载式卫星天线控制器跟踪控制方法的研究．山东师范大学硕士论文，2001
20 林晓．组合导航技术研究及船载天线稳定系统设计．南京理工大学硕士论文，2002
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23 张振庄．机载卫星通信天线稳定平台的实现．无线电工程．1998(2)．59-61
24 陈建．机载陀螺稳定平台自动控制系统研究．飞行试验．2001．(3)．25-26
25 朱涛，鲍德宁，许江宁，卞鸿巍．航空摄影陀螺稳定平台的嵌入式计算机控制系统．中国惯性技术学报．2002(3)：42-45
26 董海艳，王惠南．GPS导航系统中的坐标变换及软件实现．舰船导航．2003(1)：38-44
27 孙永荣，丁晓莉，陈武，刘建业．GPS多天线数据采集与控制系统．数据采集与处理．2003(3)：74-77
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30 沈永福，吴少军，邓方林．智能PID控制综述．工业仪表与自动化装置．2002(6)：11-13
31 杨静忠．小口径高炮伺服系统及其齿隙非线性研究．南京理工大学硕士论文，1999
32 张军．大口径天线伺服系统的研制．南京理工大学硕士论文，1998
33 刘吉臻，曾德良，刘延泉．基于规则的滞环非线性补偿控制．控制理论与应用．1997(3)：383-388
34 韩存武，张竞新，顾兴源．具有间隙非线性系统的控制加权自适应控制．自动化学报．1993(5)：535～542
35 孙西，周立峰．具有间隙非线性系统的自适应控制．控制理论与应用．1991(1)：96-100
36 王永骥，徐桂英，涂健．具有滞环非线性补偿的预测控制．控制与决策．1993(4)：311-314
37 陈庆伟，郭毓，杨静忠．提高齿隙非线性系统精度的应用研究．南京理工大学学报．2002(6)：486-489
38 IAR System. MSP430 ASSEMBLER, LINKER, AND LIBRARIAN Programming Guide. 2000
39 IAR System. MSP430 C Compiler Programming Guide. 2000
40 IAR System. MSP430 C-spy User Guide. 2000
41 IAR System. MSP430 Windows Workbench Interface Guide. 2000
42 Gang Tao and Peter V.Kokotivic. Adaptive Control of Plants with Unknown Dead-Zone, IEEE Transactions on Automatic Control. 1994(1): 59-68
43 Gang Tao and Peter V.Kokotivic. Adaptive Control of Systems with Backlash, Automatic. 1993(2): 323-335
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