自动控制原理课程设计-雷达天线伺服控制系统

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1、自 动 控 制 原 理 课 程 设 计 雷达雷达位置伺服系统校正位置伺服系统校正 班级：班级： 0xx 班 学号：学号： xx 姓名：姓名： xx 指导老师指导老师： x 老师 2011.12 自 动 控 制 原 理 课 程 设 计 1 雷达位置伺服系统校正 一、雷达天线伺服控制系统 (一) 概 述 用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺 服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统， 其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角） 。伺服系统的结 构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。它是由若干元

2、件和部件组成的并具 有功率放大作用的一种自动控制系统。位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指 令位置是随机变化的，并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向，及时准确 地跟随指令位置的变化。位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。随着工程技术的发 展，出现了各种类型的位置随动系统。由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系 统实现了直接驱动， 革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素， 并成功应用在雷达天线。 伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。此外，也可采取附加措施来提高系统 的精度，采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮 合的测角线路称

3、精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。因此可根据这个特 征将它划分为两个类型，一类是模拟式随动系统，另一类是数字式随动系统。本设计 雷达天线伺服控制系统实际上就是随动系统在雷达天线上的应用。系统的原理图如图 1-1 所示。 图 1-1 雷达天线伺服控制系统原理图 (二) 系统的组成 从图 1-1 可以看出本系统是一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的跟踪控 制，由以下几个部分组成：位置检测器、电压比较放大器、执行机构。以上部分是该系统 的基本组成，在所采用的具体元件或装置上，可采用不同的位置检测器，直流或交流伺服 机构等等。 自 动 控 制 原 理 课 程 设 计 2 现在对系

4、统的组成进行分析： 1、受控对象：雷达天线； 2、被测量：角位置 m ； 3、给定值：指令转角 * m ； 4、传感器：由电位器测量 m ,并转化为U； 5、控制器：放大器，比例控制； 6、执行器：直流电动机及减速箱。 （三）工作原理 现在来分析该系统的工作原理。由图 1-1 可以看出，当输入一个指定角 m 经过指令信 号电位计， 将角位移转换为电位计的电压输出， 电压经过计算机系统输出到运放的输入端， 在经过电压放大器输出到电动机的两端。驱动雷达天线转动，当转动到指定位置 * m ，停 止。 如果 * mmm 0，则反馈信号为 0，不需要调整。 如果 m 0。则经过反馈电位计将角位移信号转换

5、为反馈电压输出，进行调整，只 要输入与输出之间存在角度的差值，则就会有反馈电压信号的输出，直至输出的位置信号 等于 * m = m 。 同理可得：如果给定角 * m 减小，则系统运动方向将和上述情况相反。 二、雷达天线伺服控制系统主要元部件 （一） 位置检测器 位置检测器作为测量元件，由指令信号电位计和反馈电位计组成位置（角度）检测器， 两个电位器均由同一个直流电源 S U供电，这样可将位置直接转换成电量输出。 在控制系统中,单个电位器用作为信号变换装置，其输出与输入的函数关系为： 0 ( )( )u tKt 式中 0max KE，是电刷单位角位移对应的输出电压，称为电位器传递系数，其中E是电

6、 自 动 控 制 原 理 课 程 设 计 3 位器电源电压， m a x 是电位器最大工作角。对上式求拉氏变换，并令( )( )UsL u t， ( )( )sLt，可求得电位器传递函数为： 0 ( ) ( ) ( ) Us G sK s 可以看出电位器的传递函数是一个常值， 它取决于电源电压E和电位器最大工作角度 m ax 。 电位器可用图 2-1 的方框图表示。 图 2-1 电位器方框图 其中输入( )Xs就是( )s，输出( )C s就是( )Us，( )G s就是 0 K。 我们认为反馈电位计的传递函数与指令信号电位计的相同 在使用电位器时要注意负载效应。所谓负载效应就是指在电位器输出端接有负载时所产生 的影响。当电位器接负载时，一般负载阻抗比较大，所以可以将电位器视为线性元件，其 输出电压与电刷角位移之间成线性关系。 （二） 电压比较放大器 电压比较放大器由1A、2A组成，其中放大器1A仅仅起倒相的作用，2A则起电压比 较和放大作用，其输出信号作为下一级功率