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文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1003-0492（2023）07-054-04中圖分類號(hào)：TP273

★孫孟林，許海深，宋輝（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081）

關(guān)鍵詞：自動(dòng)展收；拋物面天線；同步控制；PI控制；伺服系統(tǒng)

1　引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，地面軍用天線要想獲得較強(qiáng)的生存能力，就必須具有較高的機(jī)動(dòng)性能^[1]。車載機(jī)動(dòng)站天線相對(duì)固定站的最大優(yōu)勢(shì)在于其機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可以適應(yīng)不同地形環(huán)境，能夠快速轉(zhuǎn)移、部署。對(duì)于大口徑車載拋物面天線來(lái)說(shuō)，它較大的反射面是制約其機(jī)動(dòng)性的主要因素。車載天線自動(dòng)展開(kāi)和撤收功能可以極大地縮短設(shè)備在機(jī)動(dòng)站運(yùn)輸狀態(tài)和工作狀態(tài)的切換時(shí)間，從而提高其機(jī)動(dòng)速度，提升任務(wù)接收能力^[4]。因此，天線反射面快速自動(dòng)展收控制技術(shù)是提高天線機(jī)動(dòng)性的關(guān)鍵。

本文針對(duì)一種新穎的高折展比旋轉(zhuǎn)收藏的大拋物面天線折疊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)展收控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PLC作為控制核心，通過(guò)控制16臺(tái)電機(jī)高精度同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了天線反射面自動(dòng)展開(kāi)、收藏折疊。該系統(tǒng)具有展收速度快、展開(kāi)面精度高、系統(tǒng)可靠性高的特點(diǎn)，使大口徑車載拋物面天線具有快速響應(yīng)能力和較高的機(jī)動(dòng)能力。

2　高折展比旋轉(zhuǎn)收藏機(jī)構(gòu)

為使天線能夠滿足二類越野底盤(pán)公路及鐵路運(yùn)輸不超限的裝車要求，反射面板旋轉(zhuǎn)折疊后收攏直徑應(yīng)小于2300mm，該系統(tǒng)將整個(gè)天線反射面分割成16個(gè)扇形塊。每個(gè)扇形反射面塊采用碳纖維+鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，并在下端預(yù)埋旋轉(zhuǎn)軸，面板繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)天線的自動(dòng)折疊與展開(kāi)。扇形反射面塊繞旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)依靠16套支撐推桿實(shí)現(xiàn)，支撐推桿一方面驅(qū)動(dòng)反射面塊做展開(kāi)、折疊動(dòng)作，另一方面在天線整體展開(kāi)狀態(tài)時(shí)起支撐背架的作用，保證天線的整體剛度。天線主反射器在展開(kāi)和折疊時(shí)三維構(gòu)型結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示。

圖1  天線反射器展開(kāi)示意圖

圖2  天線反射器折疊示意圖

扇形反射面塊采用反射面板與支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，反射面板既可作為電磁波反射功能件，又可作為結(jié)構(gòu)支撐件。扇形反射面板由反射面板、背部加強(qiáng)筋、面板收藏轉(zhuǎn)軸、面板鎖定電磁鐵、面板鎖定銷、背架支撐連接點(diǎn)等組成。為提高天線整體剛度，需要將16塊扇形反射面板相互連接，以形成一個(gè)三維立體的拋物面。在面塊背部對(duì)應(yīng)加強(qiáng)筋的位置設(shè)置三個(gè)鎖定位置，鎖定點(diǎn)通過(guò)電磁鐵實(shí)現(xiàn)面板折疊展開(kāi)后的鎖定與解鎖動(dòng)作；電磁鐵上具有永磁體，掉電時(shí)鎖定吸合，通電時(shí)消磁解鎖。扇形反射面塊如圖3所示。

圖3  扇形反射面塊示意圖

天線由16個(gè)支撐推桿分別支撐16塊扇形反射面塊。支撐推桿結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。支撐推桿上下兩端由十字萬(wàn)向節(jié)構(gòu)成球鉸連接，通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星減速器實(shí)現(xiàn)減速增扭，通過(guò)旋轉(zhuǎn)絲杠實(shí)現(xiàn)推桿的伸長(zhǎng)或縮短，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)天線折疊和展開(kāi)動(dòng)作。

圖4  支撐推桿示意圖

3　伺服控制系統(tǒng)

3.1　伺服控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在天線自動(dòng)折展控制時(shí)，需要實(shí)時(shí)控制16個(gè)電動(dòng)推桿長(zhǎng)度，并適時(shí)控制電磁鐵吸合和釋放。本系統(tǒng)控制核心采用匯川AM600型PLC，它是一款采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可編程控制器，具備極高的數(shù)學(xué)運(yùn)算處理能力，在本伺服控制系統(tǒng)中承擔(dān)了各電機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、閉環(huán)同步控制、數(shù)據(jù)通信接口、安全保護(hù)等功能的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)使用匯川SV820N型交流伺服驅(qū)動(dòng)器，該系列驅(qū)動(dòng)器具備4軸拖動(dòng)功能，即一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器可以拖動(dòng)4臺(tái)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，極大地減小了伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積，同時(shí)具有總線編碼器接口，支持EtherCAT協(xié)議，通訊速度可達(dá)100M/s。本系統(tǒng)組成如圖5所示。

圖5  控制系統(tǒng)組成框圖

48個(gè)電磁鐵由24V開(kāi)關(guān)電源供電，通過(guò)PLC的含有I/O開(kāi)關(guān)量模塊控制接觸器通斷，實(shí)現(xiàn)電磁鐵的吸合和釋放控制。

3.2　面精度和位置重定位控制設(shè)計(jì)

拋物面天線從運(yùn)輸狀態(tài)轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)后，如何實(shí)現(xiàn)天線面精度是天線自動(dòng)架設(shè)的核心，自動(dòng)展收的每個(gè)環(huán)節(jié)都是圍繞它展開(kāi)的。天線展開(kāi)狀態(tài)下天線主面的面精度誤差直接影響天線的電性能，如何保證每次展開(kāi)后機(jī)械結(jié)構(gòu)都到達(dá)預(yù)定位置并有相應(yīng)的預(yù)緊力，這是自動(dòng)展收控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。

在本伺服系統(tǒng)控制天線展開(kāi)到位時(shí)，由PLC控制各電機(jī)的輸出力矩，使各電機(jī)到達(dá)堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。此時(shí)每個(gè)支撐推桿由于電機(jī)堵轉(zhuǎn)而消除了各種傳動(dòng)誤差并達(dá)到了固定的機(jī)械長(zhǎng)度，從而保證了每次展開(kāi)時(shí)都可以有較高的重復(fù)精度。天線在展開(kāi)和折疊過(guò)程中控制電磁鐵加電，電磁鐵釋放吸力，扇形面板可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)；待展開(kāi)到位后，電磁鐵斷電，永磁體吸合相鄰的扇形面塊，使16個(gè)扇形面塊相互連接，增加了整體剛度，并控制完成了天線各扇形面塊之間的預(yù)緊力，從而最終實(shí)現(xiàn)了天線面精度再現(xiàn)和抗風(fēng)能力。

各支撐推桿的伸出長(zhǎng)度由電機(jī)尾部的多圈絕對(duì)值編碼器反饋，為保證各電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)，需要對(duì)電機(jī)碼盤(pán)位置進(jìn)行校準(zhǔn)。PLC在控制各電機(jī)每次展開(kāi)到位后，每個(gè)推桿到達(dá)固定機(jī)械長(zhǎng)度，此時(shí)對(duì)各電機(jī)碼盤(pán)進(jìn)行校準(zhǔn)，可以保證各電機(jī)位置在一個(gè)展收周期內(nèi)位置精度不損失。

3.3　相鄰交叉耦合同步控制設(shè)計(jì)

因該機(jī)構(gòu)的特殊性，在天線展開(kāi)和折疊過(guò)程中要求16個(gè)電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)，否則有面板相互碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。在本控制系統(tǒng)中，PLC作為控制核心完成各電機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、位置閉環(huán)、同步控制，各伺服驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)電機(jī)的速度和電流閉環(huán)控制。本系統(tǒng)采用相鄰交叉耦合同步控制策略，其控制原理框圖如圖6所示。

圖6  相鄰交叉耦合同步控制框圖

其中θ_ref為各電機(jī)經(jīng)規(guī)劃后的位置指令，每個(gè)電機(jī)的指令都相同，θi(i=1,2…16)為每個(gè)電機(jī)的反饋位置，e_i為位置跟隨誤差，e*_i為耦合誤差，ω_i和ω*_i分別為位置控制器和同步控制器的輸出。

耦合處理模塊用來(lái)確定相鄰電機(jī)之間的耦合誤差，作為同步控制器的輸入量，經(jīng)同步控制處理后輸出同步補(bǔ)償量，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多電機(jī)同步控制，耦合誤差由式（2）^[5]和式（3）計(jì)算得到。

位置控制器和同步控制器均為魯棒性較強(qiáng)、易整定的PI控制器。

3.4　控制界面設(shè)計(jì)

在天線控制軟件上設(shè)計(jì)自動(dòng)展收分系統(tǒng)監(jiān)控界面，在界面上可顯示各個(gè)電機(jī)的實(shí)時(shí)位置信息，并有展開(kāi)和折疊到位的指示燈，同時(shí)可顯示電磁鐵和電機(jī)故障狀態(tài)。監(jiān)控界面如圖7所示。

圖7  監(jiān)控界面

4　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)可在3min內(nèi)實(shí)現(xiàn)大口徑拋物面天線的自動(dòng)展收控制，支撐推桿同步控制精度在0.1mm以內(nèi)，可以有效降低同步誤差。同時(shí)，經(jīng)過(guò)大量展收實(shí)驗(yàn)后，反射面精度滿足0.4mm的要求，系統(tǒng)可靠性和重復(fù)精度高。

5　結(jié)論

針對(duì)一種新穎的高折展比旋轉(zhuǎn)收藏的大拋物面天線折疊結(jié)構(gòu)，本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)展收控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PLC和交流伺服控制系統(tǒng)，應(yīng)用相鄰交叉耦合同步控制策略，實(shí)現(xiàn)了16臺(tái)電機(jī)的精準(zhǔn)同步位置控制，并成功實(shí)現(xiàn)了大口徑拋物面天線的自動(dòng)展收控制，從而極大地提高了該類天線的機(jī)動(dòng)性和靈活性，可為同類天線的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參考。

作者簡(jiǎn)介：

孫孟林（1989-），男，河北石家莊人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，研究方向?yàn)樘炀€伺服控制系統(tǒng)。

許海深（1992-），男，河北保定人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，研究方向?yàn)樘炀€伺服控制系統(tǒng)。

宋　輝（1994-），男，河北石家莊人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，研究方向?yàn)樘炀€伺服控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程輝明, 許統(tǒng)融. 地面高機(jī)動(dòng)雷達(dá)集成化設(shè)計(jì)技術(shù)[J]. 電子機(jī)械工程, 2005, 21 (03) : 22 - 23.

[2] 張潤(rùn)逵. 雷達(dá)結(jié)構(gòu)和工藝[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2007.

[3] 王振. 工業(yè)機(jī)器人多軸同步控制技術(shù)[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2018.

[4] 孟國(guó)軍, 倪仁品. 一種新型雷達(dá)天線折疊機(jī)構(gòu)研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 中國(guó)測(cè)試, 2012, 38 (1) : 85 - 89.

[5] 季明逸. 多軸同步控制策略的研究與實(shí)踐[D]. 南京: 南京航空航天大學(xué), 2012.

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年7月刊