方位雙穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

這里提出一種方位雙穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)設計和工程實現(xiàn)方法。其主要工作原理是利用慣性導航INS(Inertial Navigation System)信息和程序引導技術，實時調(diào)整轉(zhuǎn)臺方位指向目標的大地角度，實現(xiàn)對預定目標的實時、快速、準確指向，對于載體的擾動干擾利用捷聯(lián)慣性傳感器，在轉(zhuǎn)臺上實現(xiàn)一級穩(wěn)定方法來隔離，從而達到轉(zhuǎn)臺對目標的穩(wěn)定指向。

1 伺服系統(tǒng)組成
    伺服系統(tǒng)設備包括轉(zhuǎn)臺控制器、方位轉(zhuǎn)臺、伺服電機、減速機構、角度傳感器、慣性傳感器、安全機構等。組成框圖如圖1所示。由一臺轉(zhuǎn)臺控制器控制兩套方位轉(zhuǎn)臺，在水平方向上做一維穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

    該伺服系統(tǒng)具有如下設計特點：1)采用以INS平臺數(shù)據(jù)引導的程序跟蹤體制，保證了跟蹤的準確性和快速性：2)采用捷聯(lián)速率陀螺傳感器，用以隔離載體姿態(tài)變化對方位轉(zhuǎn)臺指向的影響，使轉(zhuǎn)臺具有抗載體擾動的能力。

2 轉(zhuǎn)臺控制器
    轉(zhuǎn)臺控制器包括控制計算機、驅(qū)動功放、電機、角位置傳感器、速率陀螺等，其構成框圖如圖2所示?？刂朴嬎銠C用來控制2個轉(zhuǎn)臺方位實時指向預定位置。而轉(zhuǎn)臺控制器為1個19英寸4U高的標準抽屜，前面板如圖3所示。

    轉(zhuǎn)臺控制計算機硬件由PC-104板卡組成，主要包括主板(帶CPU模塊)、AD／DA、I／0板、串口通信板、ARINC429接口板、編碼板、激磁板等。由于PC-104板卡之間采用“針”和“孔”層疊形式連接，接合緊密、結構緊湊、體積小巧，具有極好的抗振性，適用于環(huán)境惡劣的機載設備。經(jīng)過加固后的PC-104計算機如圖4所示。

    轉(zhuǎn)臺控制計算機軟件采用Windows NT操作系統(tǒng)，便于開發(fā)，具有高可靠性、安全性等特點。軟件模塊主要包括實時控制和人機接口兩部分。實時控制部分主要包括數(shù)據(jù)采集、坐標變換、網(wǎng)絡及串口通訊、控制保護等；人機接口部分主要包括顯示管理、參數(shù)管理、故障監(jiān)測等模塊。驅(qū)動電路由電機一測速機組、功率放大器、電流環(huán)、速度環(huán)和EMI濾波電路組成。主要用于功率放大、電流控制等。驅(qū)動電機選用永磁直流力矩電機，功率放大選用線性功率放大器，動態(tài)性能好，電磁干擾小、簡單、可靠。穩(wěn)定陀螺選用航空速率陀螺，構成陀螺穩(wěn)定環(huán)，以隔離動載體姿態(tài)變化對跟蹤的影響。轉(zhuǎn)臺控制器的主要工作方式有待機、指向、程序跟蹤。

3 轉(zhuǎn)臺
    雙轉(zhuǎn)臺是安裝于某工程動載體上的機電設備，轉(zhuǎn)臺采用高精度齒輪驅(qū)動，為控制轉(zhuǎn)臺的重量及滿足動載體設備的環(huán)境要求，選用鋁合金材料柔性加工，齒輪及軸采用合金鋼，軸承采用高精度圓錐滾子軸承及球軸承，以便于提高轉(zhuǎn)臺剛度和機械性能。

4 穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺引導原理
    穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺引導原理圖如圖5所示，它利用慣性導航系統(tǒng)(INS)給出動載體所在的地理經(jīng)度、緯度，動載體姿態(tài)參數(shù)(動載體相對正北方向的航向角k、動載體相對水平面的橫滾角φ、動載體相對水平面的俯仰角θ)，再根據(jù)上位機的位置指令，通過控制計算機計算兩個轉(zhuǎn)臺的方位角，進行引導，使轉(zhuǎn)臺實時隨動于上位機指令。

    根據(jù)本地控制單元的命令和動載體上的INS測出的動載體位置經(jīng)緯度和動載體姿態(tài)，可以計算出轉(zhuǎn)臺對目標跟蹤的機體角度，假設動載體經(jīng)度為λ0，緯度為φ0；目標點經(jīng)度為λA，緯度為φA；則兩點的方位角α
   

5 結束語
    該項目伺服系統(tǒng)已成功應用，經(jīng)過環(huán)境鑒定試驗、可靠性鑒定試驗、整機電磁兼容試驗、科研試飛驗證，滿足各項指標要求，為后續(xù)項目進一步發(fā)展奠定堅實基礎。