雷达天线伺服控制系统

270理论研究浅谈雷达伺服系统的设计石小萍,刘兴兴,陈　丁（西安黄河机电有限公司设计研究所,西安 710043）摘　要：本文介绍了雷达伺服系统的主要作用，以及雷达中常用的传动机构、驱动元件、位置检测装置的工作原理、主要性能和设计及选用方法，最后介绍了雷达伺服系统装置的性能参数检测方法。

关键词：伺服系统；执行机构；位置检测；误差分析；驱动电机1　引言 伺服系统是控制雷达位置及各种运动参数的电子设备，是典型的机电自动控制技术。

“伺服系统”实际上是控制天线机械传动系统按设定的运动规律，去自动地转动天线去捕获、跟踪目标或使天线转动到某位置。

伺服系统也被称为“随动系统”。

伺服系统与其他控制系统的区别是被控制的输出量是机械位移（角位移）、速度（角速度）或加速度（角加速度）。

给定的输入量往往是小功率的信号。

2　伺服系统的设计 进行伺服系统的设计及分析时，一般采用图解法可以清楚地表明伺服系统的构成，各部分之间的相互关系，及其信号传递情况的系统方框图称为伺服系统的方框图，通常把某种功能的伺服系统称为“伺服回路”。

常规产品一般有速度回路、位置回路、稳定回路等等。

通过过方框图介绍了伺服系统中有关机电信息相互转换的主要通道，以及执行元件和位置检测元件的功能和设计要求。

2.1　伺服系统闭环控制回路2.1.1　伺服系统速度回路通道 速度回路的主要作用是控制天线跟踪目标速度的快慢。

典型的伺服系统速度回路如图1所示：回路中电机为执行元件，安装在电机轴末端的测速装置为传感元件。

工作过程：伺服执行电机收到控制计算机的指令后，启动电机，电机经过减速箱驱动末级大齿轮，并使天线跟踪目标；测速装置把速度信号反馈回伺服处理器，与设定值比较，获得误差信号，再发给电机发出新的指令。

2.2　驱动元件及机械转动装置的选择 伺服驱动元件常用的有液压马达，力矩电机，直（交）流电机等。

液压马达驱动力矩大伺服控制性能较好。

技术难点是伺服控制分配阀生产调试较为困难，需要配备专用的液压调设备。

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。

1 雷达天线伺服控制系统结构及工作原理图1-1 雷达天线伺服控制系统原理图系统的结构组成从图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、可逆功率放大器、执行机构。

以上四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。

现在对系统的组成进行分析：1、受控对象：雷达天线2、被控量：角位置m θ。

3、干扰：主要是负载变化（f 及L T ）。

4、给定值：指令转角*m θ。

5、传感器：由电位器测量m θ、*m θ，并转化为U 、*U 。

二维雷达转台伺服控制系统的设计与开发二维雷达转台伺服控制系统的设计与开发引言随着科技的不断进步和应用的广泛推广，雷达技术在军事、民用、科研等领域起着重要作用。

而二维雷达系统中的转台伺服控制系统是实现雷达目标跟踪和测量的关键部分。

本文将介绍二维雷达转台伺服控制系统的设计与开发过程，通过分析系统的结构、功能和工作原理，进一步提升系统的控制性能和稳定性。

一、系统设计理念和要求二维雷达转台伺服控制系统的设计是基于对雷达运行过程中需要实现的目标跟踪和测量要求的分析。

系统要求具备以下特点：1.精确性：转台伺服控制系统需要能够精确定位并跟踪目标，准确测量目标与雷达之间的距离和方位角。

2.稳定性：系统需要具备稳定的控制性能，能够快速响应信号，抵抗外界干扰和噪声。

3.可靠性：转台伺服控制系统要求具备高可靠性，保证雷达在长时间运行中的稳定性和准确性。

4.可扩展性：系统需要能够灵活适应不同工作环境和场景的需求，并具备可扩展性。

二、系统结构设计基于对系统设计理念和要求的分析，我们提出了以下系统结构设计方案：1.硬件结构：转台伺服控制系统由转台部分、伺服电机、传感器和控制器等组成。

其中转台部分实现转动功能，伺服电机驱动转台运动，传感器用于获取目标信息，而控制器根据传感器数据实现对伺服电机的精确控制。

2.软件结构：软件部分主要是指转台控制算法和数据处理模块。

转台控制算法主要根据传感器数据计算出目标的位置，再通过控制器将控制信号传递给伺服电机实现转台的定位和跟踪。

数据处理模块负责对获取的数据进行处理和分析，提取有效信息并进行存储和显示。

三、系统功能设计基于系统的设计理念和要求，我们确定了以下系统功能设计：1.目标跟踪功能：通过传感器获取目标的信息，计算目标的位置和方位角，并通过控制算法实现对伺服电机的控制，实现目标的准确跟踪和定位。

2.测量功能：通过传感器获取雷达和目标之间的距离和方位信息，根据传感器数据进行精确计算，实现目标与雷达的测量。

雷达天线控制系统设计摘要本课题研究的雷达天线控制系统要求具有定位和等速跟踪功能，定位控制要求精度高、响应快，等速跟踪控制要求转速平稳。

早期的雷达天控系统大多采用模拟电路实现，如需调整控制参数时，就要更换控制器中一些元件，同时受环境温度、外界干扰及元件老化等因素的影响，调节器参数都会发生变化，从而影响控制性能。

一般的雷达天线的性能主要取决于其伺服系统的设计水平。

伺服系统的设计包括结构设计和控制设计两部分，这两部分是相互影响紧密耦合的。

一般所采用的设计方法是对结构系统和控制系统先分别设计，然后再根据要求进行调校，这往往会导致产品研制的周期长、成本高、性能差、结构笨重，不能保证伺服系统总体的综合性能最优。

针对雷达天线伺服系统设计中存在的结构设计与控制设计相分离的问题，提出一种结构与控制集成优化设计的模型，即采用手轮控制和电路自动化控制相结合的方式完成。

本文以雷达天线控制系统的研制为背景，设计了系统总体方案。

雷达为机动型远程警戒雷达，天线在圆周360°方位中进行运转工作，在伺服系统中对天线的控制实现远程遥控和人工控制。

工作中为了有效的消除云雨气象杂波的干扰，利用空间电磁场和目标的特性，在伺服系统中对云雨气象杂波的干扰实现线极化和原极化的转换控制。

对于天线360°圆周运转状态，需要通过处理变换并把360°圆周运转的模拟方位信号转换为数字方位信号，同时为雷达各个分系统提供出方位数据；通过方位处理可实现雷达寻北，对方位数据进行自动教北。

天线在架设时应进行升降俯仰控制，通过控制可安全操作升降俯仰。

关键词：雷达，天线，控制，精度，伺服Radar antenna control system designSummaryResearch of radar antenna control system requires a positioning and velocity tracking, positioning control requires high precision and fast response, speed speed tracking control requirements, such as stable. Most of the early days of radar controlled systems used analog circuits, need to adjust control parameters, it is necessary to replace the controller components in and influenced by environmental factors such as temperature, outside interference and component aging effects, changes regulator parameters, thus affecting performance.General performance of radar antenna mainly depends on the level of its servo system design. Design of servo system design including design and control of two parts, interaction between these two parts are tightly coupled. General system design method is used to structure and control system design, respectively, and then adjusted according to the requirements, which often leads to long product development cycles, high cost, poor performance, structure of heavy, cannot ensure the overall performance of optimal servo system. For the radar antenna servo system design of structure and control design of phase separation problem, proposed a model of integrated optimization design of structure and control, using hand wheel completed the combination of control and automatic control circuit.With development of the radar antenna control system in the background of this article, designing the general scheme of the system. Radar-Mobile early warning radar, antennas work running in a circle of 360 ° azimuth, remote control for antenna servo system of control and manual control. In order to be effective in eliminating Cloud and rain weather clutter interference using spatial characteristics of electro-magnetic fields and the target, Cloud and rain in a servo system of weather clutter jamming transition control for linear polarization and the polarization. Aerial 360 °circle running condition, use the transform and simulation of running in a circle of 360 °azimuth direction of signal into a digital signal, while for the radar system with location data through North azimuth radar homing, on North azimuth dataautomatically, to teach. Elevator pitch control should be carried out when the erection of the antenna by controlling the safe operation of elevator pitch. Keywords：Radar,Antennas, Control, Precision, Servo1绪论1.1课题背景及目的进几十年来，天线和雷达都有着惊人的发展，但基本原理没有重大突破。

自动控制理论课程设计设计题目雷达天线伺服控制系统姓名学号专业班级指导教师设计时间目录第一章绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2课题研究的目的 (1)1.3课题研究的主要内容 (2)第二章系统的总体设计 (3)2.1系统的组成图 (3)2.2控制系统的结构图 (3)2.3系统的简化方框图及简单计算 (4)2.4系统的动态分析 (6)第三章系统的根轨迹和伯德图 (7)3.1系统的根轨迹图及分析 (7)3.2系统的Bode图及分析 (8)第四章校正设计 (10)4.2校正后的根轨迹图及分析 (12)4.2校正后的Bode图及分析 (13)第五章总结 (15)参考文献 (16)第一章绪论1.1课题背景及意义雷达天线伺服控制系统是用来控制天线，使之准确地自动跟踪空中目标的方向，也就是要使目标总是处于天线轴线的方向上的，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，主要解决位置跟随系统的控制问题。

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，并要求具有足够的控制精度。

其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入地位移（或转角）。

伺服系统的结构组成和其他形式反馈控制系统没有原则上的区别，它是由若干元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。

雷达天线伺服控制系统，可以准确确定障碍物的位置。

利用雷达天线伺服控制系统可以探测飞机、舰艇、导弹以及其他军事目标，信息处理、数字处理,收集、综合地面运动目标和固定目标的情报及图像，还可以探测低空飞行的威胁，为用户提供包含面广的威胁画面。

对空搜索、边搜索边测距、空地测距、自动检测；除了军事用途外，雷达在交通运输上可以用来为飞机、船只导航；在天文学上可以用来研究星体；在气象上可以用来探测台风，雷雨，乌云等等。

雷达天线伺服控制系统的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。

雷达位置伺服系统校正班级： 0xx班学号： xx姓名： xx指导老师： x老师—2011.12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。

现在对系统的组成进行分析： 1、受控对象：雷达天线； 2、被测量：角位置m θ；3、给定值：指令转角*m θ；4、传感器：由电位器测量m θ,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。

2020.18科学技术创新一种雷达天线俯仰伺服控制单元的设计与实现石小萍1陈丁2高丰佳2（1、西安黄河机电有限公司设计研究所，陕西西安7100432、西安工业大学光电工程学院，陕西西安710021）1概述根据雷达系统战技指标要求，俯仰伺服控制单元主要完成以下功能：（1）根据中心控制系统控制指令，实现对天线俯仰角的位置引导控制；（2）具备通过作战控制台按钮实现对天线俯仰角的控制功能；（3）在天线俯仰角运转达到设置的极限位置时，俯仰控制系统具有电气与机械限位，并具有自动保护措施；（4）实时采集天线俯仰角位置，反馈给中心控制系统；（5）具有俯仰转动过载保护以及断电位置紧锁保护功能；（6）能够在作战控制台的控制下完成随动精度检查；（7）对系统及主要功能模块具备功能检测、故障检测及故障定位功能，并送出检测结果。

为了实现上述功能，本文提出一种雷达天线俯仰伺服控制单元的设计与实现的方案，将在下文中将进行详细的论述。

2研制指导原则本系统的设计应遵循以下设计原则：（1）采用高精密伺服控制结构和全数字驱动控制电路，在确保系统性能指标的前提下，力求体积小、重量轻；（2）充分利用CAD 设计，运用可靠性、维修性、安全性、保障性和优化设计技术，使设计获取最佳使用效能；（3）正确应用计算公式，合理选择设计参数，保证计算结果的正确性；（4）充分利用成熟技术，提高产品通用化、系列化、模块化程序；（5）合理选用原材料、元器件，尽可能减少品种和规格；（6）合理提出加工要求，设计应具有良好的工艺性；（7）正确贯彻各级技术标准和规定，保证设计文件齐套、完整。

3主要技术指标与功能本伺服控制单元主要战技指标和功能为：（1）运行范围：0°～60°（跟踪）；（2）锁定位置：锁定角度为0°（天线法线水平时）；（3）运行速度最大运行速度：14Ps ；（4）跟踪速度：0.1～13度/s ；（5）手动控制运转速度：慢速：3度/s 、中速：8度/s 、快速：12度/s ；（6）位置指示精度：≤0.1mil ；（7）静态误差：06≤0.2mil ；（8）跟踪误差：≤1.5mil ；（9）撤收：0°；（10）码盘数据刷新周期：≤1ms 。

一种雷达天线伺服系统的控制实现方式熊文芳;施治国;袁君【摘要】随着相控阵雷达的广泛应用，雷达天线工作方式从圆周扫描到目标跟踪扫描切换的需求越来越普遍。

为了减少切换过程中的时间损失，保证对目标的连续稳定跟踪，本文提出了一种兼容速度控制与位置控制的伺服系统实现方式，有效缩短了切换时间。

%With thewidely application of the phased array radar,the need of working mode of the radar antenna which switched from the circumferential scan to the target tracking scan is also increasing.In order to reduce the time loss during the switching process and ensuring continuous and stable tracking of targets,this paper presents a method of realizing the servo system with speed control and position control,which shorten the switching time effectively.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2016(000)016【总页数】2页(P29-30)【关键词】相控阵雷达;伺服系统;天线扫描方式;速度控制;位置控制【作者】熊文芳;施治国;袁君【作者单位】荆州南湖机械股份有限公司，434000;荆州南湖机械股份有限公司，434000;荆州南湖机械股份有限公司，434000【正文语种】中文伺服系统为雷达的基本组成部分，一般情况下，对空搜索情报雷达天线作360°圆周扫描，圆周扫描时多采用速度控制方式，实现对天线旋转速度的控制。

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。

1 雷达天线伺服控制系统结构及工作原理图1-1 雷达天线伺服控制系统原理图1.2 系统的结构组成从图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、可逆功率放大器、执行机构。

以上四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。

现在对系统的组成进行分析：1、受控对象：雷达天线2、被控量：角位置m θ。

3、干扰：主要是负载变化（f 及L T ）。

4、给定值：指令转角*m θ。

5、传感器：由电位器测量m θ、*m θ，并转化为U 、*U 。

雷达天线伺服系统误差分析摘要：雷达天线伺服系统根据一定的速度,范围和扫描算法定期扫描和检测特定的空域,以感知外部环境并获取目标信息。

在实际应用中由于雷达天线伺服系统的加工精度、装配协调性、轴承间隙负荷分布、变形等因素的影响。

关键词：雷达天线；伺服系统；误差；前言：随着航天工业的不断发展,对跟踪精度的要求越来越高但由于雷达天线盘体大、重力穿透率低、电轴漂移等诸多影响测量精度的因素,在跟踪和捕获目标之前必须校准误差补偿。

一、雷达天线伺服系统误差由于目标的真实方位是在水平平面上测量的,因此实际的跳跃角度是在铅的垂直平面上测量的,而角度的雷达测量数据是通过轴角编码器导出的。

当天线座方位轴垂直时天线轴垂直于方位轴,而天线的机械轴电轴垂直于方位轴,即轴在点O完美交叉,方位轴旋转一周,而方位轴的轨迹是水平平面,与地面平行轴在一周内旋转,天线的机械轴运动轨迹是铅垂直表面,与轴交叉并垂直于轴。

因此,跳跃轴的方位角和旋转角度准确地反映了目标的真实方位角和跳跃角度。

如果方位轴不是铅锤则方位轴的旋转角度不能准确反映水平平面上的方位角;跳线轴不是水平的,跳线轴的旋转角度不能准确反映跳线在铅垂直平面上的角度;因此,轴的方位角和旋转角度不能准确反映目标的真实方位角和的真实角度,造成雷达角度的测量误差。

在制造和安装过程中,由于尺寸误差几何误差,相对位置误差以及轴系部件安装质量的影响,天线座椅在安装天线光轴时会产生光学误差。

校准光学器件轴向误差的方法由于传统的校准方法,机电轴误差包括光轴和齿轮轴的垂直度误差,电轴与光轴的对应度误差分为两部分,目前讨论的电机轴误差的直接校准方法如下仍采用天线倒置法,天线自动跟踪,电轴与塔信号对齐,天线角度在此时记录然后方位角旋转180度,齿轮角度旋转,自动跟踪塔标志灯,在此时记录天线角度。

在整个校准过程中数据仅由轴角编码器输出,从而避免了望远镜读取光标时的视觉错误,从而减少了校准过程中的偶然错误并促进了校准的自动化。