船載通信天線系統(tǒng)的抗擾亂設計及應用

　　天線跟蹤設備的三軸穩(wěn)定控制采用測速機作為速度反饋，編碼器作為位置反饋，并將船搖擾動經(jīng)速率陀螺檢測前饋于速度回路。工作原理框圖如圖2所示。

　　圖2中，K1W1為位置回路校正控制傳遞函數(shù);K2W2為速度回路閉環(huán)傳遞函數(shù)，F(xiàn)(S)為補償通道傳遞函數(shù)，系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：

　　由式(8)可知：回路跟隨能力是由項

決定，而船搖擾動消除能力由項

決定。從第二項可以看出消除船搖擾動的電機驅(qū)動角速度量由兩部分組成，一是慣性空間中視軸被擾動的當前角速度(目標靜止)。二是由補償回路給出的當前時刻擾動量通過速度回路給出的電機驅(qū)動角速度。

　　依據(jù)完全不變性原理，當(1+F(S)K2W2)ωf，即F(s)=-1/K2W2時，實現(xiàn)對船搖擾動的完全隔離，即滿足這個條件時，不論擾動量ωf為多大，對輸出無影響?？墒?，速度回路K2W2中含有積分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、二階環(huán)節(jié)，如果要實現(xiàn)完全的不變性，必然F(S)中要具有許多個微分環(huán)節(jié)，這樣 F(S)的輸出將充滿噪聲，使系統(tǒng)根本無法工作。但是實現(xiàn)局部的不變性是可能的。即用低階微分代替高階微分，并使其系數(shù)滿足某種條件，從而滿足系統(tǒng)精度的要求。

　　實際使用中，合理選擇前饋補償系數(shù)，使前饋回路最大化的消除當前擾動，在此基礎上結(jié)合環(huán)路的跟隨能力，有效的消除視軸的偏差，實現(xiàn)高精度跟蹤。因此，前饋回路起到粗調(diào)節(jié)的作用，而位置跟蹤回路則可稱為精調(diào)節(jié)。

　　2.3 工程應用

　　2.3.1 安裝與測量

　　采用3個速率陀螺測量出因船體搖擺引起的附加在方位軸、橫傾軸和俯仰軸方向的速度，用于開環(huán)補償。

　　俯仰陀螺安裝在方位轉(zhuǎn)臺上，敏感軸與天線的俯仰軸平行，陀螺隨方位軸運動，敏感不到方位軸的旋轉(zhuǎn)、俯仰軸的旋轉(zhuǎn)、船體的航向速率等，它敏感的是船體的橫搖、縱搖速率，如式(2)所示，可直接對俯仰軸進行開環(huán)前饋補償。

　　分析橫傾軸的擾動(式(3))和方位軸的擾動(式(4))，無法用一只陀螺直接測量到，可用間接的方法獲得。用2只陀螺分別測量cosAωy+s- inAωp和ωh，根據(jù)俯仰角E用數(shù)學的方法得到式(3)和式(4)。這樣，測量ωh分量的速率陀螺安裝在方位底座(不隨方位軸轉(zhuǎn)動)，其敏感軸與方位軸平行，輸出主要為船體的航向速率信息。測量cosAωy+sinAωp分量的速率陀螺安裝在方位轉(zhuǎn)盤上(隨方位軸轉(zhuǎn)動)，其敏感軸與橫傾軸平行。

　　2.3.2 測試與分析

　　某船載三軸天線控制系統(tǒng)采用抗擾動設計。在海上進行搖擺實驗，在典型海況參數(shù)(搖擺振幅±6°，搖擺周期12s)下。天線指向衛(wèi)星自跟蹤，轉(zhuǎn)動船的航向，使船升搖時測量俯仰軸的船搖隔離度。這時天線方位角轉(zhuǎn)至90°或270°;測量橫傾軸的船搖隔離度，使天線方位角轉(zhuǎn)至0°或180°。隔離度測試結(jié)果如圖 3所示。圖中，曲線系列1表示加前饋跟蹤數(shù)據(jù);曲線系列2表示無前饋跟蹤數(shù)據(jù)。測試結(jié)果為：船搖隔離度為46.4 dB;跟蹤精度為0.031°。由以上數(shù)據(jù)分析，可以得出開環(huán)補償方案完全滿足系統(tǒng)設計的性能指標要求。

　　3 結(jié)束語

　　前饋補償并未改變原閉環(huán)系統(tǒng)的極點和閉環(huán)零點。因此，不會影響系統(tǒng)的伺服帶寬和穩(wěn)定性。工程使用時融合了前饋補償和反饋控制的應用，在保證功能、性能的同時，簡化系統(tǒng)、提高設備的可靠性和使用壽命，實際使用效果顯著。