一种机载视距天线伺服控制系统的制作方法

本发明涉及天线伺服控制，特别涉及一种机载视距天线伺服控制系统。

背景技术：

1、无人机作为一种便携轻巧、机动性强的装备，在农业生产、灾害救援、智慧物流和军事任务等领域得到广泛应用。机载视距天线是无人机视距测控链路的重要组成部分，机载视距天线伺服控制系统性能的优劣直接决定整个通信系统的工作质量。

2、机载视距天线伺服控制系统包括电源处理单元、控制单元和驱动单元三部分。在电源处理单元采用较多的实现方案为emi滤波器+电压浪涌抑制电路+控制电源电路。然而机载天线工作环境复杂，雷击和电源反接会损坏天线设备；emi滤波器和浪涌电压抑制电路存在大电容，开通瞬间会形成较大的浪涌电流冲击；欠压浪涌会导致伺服控制系统复位、控制指令紊乱和视距测控链路中断；控制电源电路输入输出未隔离，当伺服控制系统内部出现短路过流等故障时会影响机上其他设备正常工作。综上所述，现有的电源处理方案已不能满足使用需求。

3、在控制和驱动单元目前普遍采用数字信号处理器+电机驱动器的硬件架构。数字信号处理器输出pwm数字控制信号给电机驱动器，电机驱动器经过d/a转换输出模拟电压驱动直流有刷电机运转，实现天线的运动。此种方案具有控制简单、经济、体积小等特性，在伺服控制领域得到广泛应用。然而在数字信号处理器程序初始化或程序跑飞时，容易发生电机驱动器不可控、电机飞车、视距测控链路中断等故障，严重影响机载视距天线的可靠性，成为制约进一步提升机载视距天线伺服控制系统性能的关键因素。

技术实现思路

1、针对现有机载视距天线伺服控制系统的缺陷，本发明提供了一种机载视距天线伺服控制系统，其提高了伺服控制系统可靠性。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种机载视距天线伺服控制系统，包括机载配电管理单元、电源处理单元、控制单元和驱动单元；

4、所述机载配电管理单元将电源输入至电源处理单元，在电源处理单元中，依次通过防雷模块、二极管、emi滤波器、电压浪涌抑制器、浪涌电流抑制电路、滤波电路和dc/dc变换器后发送至控制单元；

5、所述控制单元包括数字信号处理器和触发器保护电路，数字信号处理器用于接收监控设备送来的引导角度，与通过反馈得到的天线角度进行比较形成误差，并将误差进行算法处理后通过驱动单元驱动电机转动，带动天线向减少误差的方向运动，从而使天线最终指向引导角度；

6、与数字信号处理器连接的can总线收发器接口，通过can总线收发器与上位机连接，用于接收上位机伺服控制指令并回报天线伺服状态；与数字信号处理器连接的rs422异步串行接口，通过rs422总线收发器与外部终端收发组合连接，用于接收终端收发组合的伺服控制命令、控制数据并回报天线伺服状态，同时进行周期自检；

7、数字信号处理器通过触发器保护电路与驱动单元连接，其通过触发器保护电路输出电平高低的变化来实现驱动单元的电机驱动器的使能与禁止，以防止主控芯片程序初始化或程序跑飞时，驱动单元的电机驱动器状态不可控；

8、所述驱动单元包括电机驱动器；所述电机驱动器用于接收数字信号处理器输出的pwm控制信号来驱动电机转动，同时电机驱动器具有过流过温保护功能。

9、进一步的，与数字信号处理器连接的温度传感器用于实时采集发热模块温度。

10、进一步的，与数字信号处理器连接的flash存储器用于数据存储与记录。

11、进一步的，所述电机驱动器与带增量编码器反馈的直流有刷电机连接，增量编码器不但提供电机转速信息用于形成速度闭环系统，同时还提供天线角度信息。

12、进一步的，所述控制单元还包括接近开关，接近开关通过光耦隔离将基准角度信息反馈给数字信号处理器，在该基准上叠加增量编码器的转动增量，得到天线的座架角。

13、进一步的，所述控制单元还包括jtag调试接口，用于实现数字信号处理器程序烧录和软件调试。

14、本发明与现有技术相比的有益效果在于：

15、在机载视距天线伺服控制系统的电源处理单元进行了防雷、防反接保护、滤波、尖峰抑制、高压浪涌抑制、浪涌电流抑制、欠压保护及控制电源输入输出隔离滤波设计。提高了系统电源的安全性，同时满足电磁兼容设计要求。在控制和驱动单元设计了触发器保护电路来使能或禁止电机驱动器，防止在程序初始化或跑飞时电机驱动器状态不可控，相比于以往的机载视距天线伺服控制系统，提高了伺服控制系统可靠性。由于视距天线负载轻，需要的转矩小，波束宽度宽，可以包容较大的指向误差，三环(位置环、速度环、电流环)控制改为单参数单环(位置环)控制，电流仅做过流提示，实时性好，位置环闭环周期为10ms，此种环路控制方式控制流程简单，计算量小，提高了视距天线伺服控制系统的性能。

技术特征：

1.一种机载视距天线伺服控制系统，其特征在于，包括机载配电管理单元、电源处理单元、控制单元和驱动单元；

2.根据权利要求1所述的一种机载视距天线伺服控制系统，其特征在于，与数字信号处理器连接的温度传感器用于实时采集发热模块温度。

3.根据权利要求1所述的一种机载视距天线伺服控制系统，其特征在于，与数字信号处理器连接的flash存储器用于数据存储与记录。

4.根据权利要求1所述的一种机载视距天线伺服控制系统，其特征在于，所述电机驱动器与带增量编码器反馈的直流有刷电机连接，增量编码器不但提供电机转速信息用于形成速度闭环系统，同时还提供天线角度信息。

5.根据权利要求1所述的一种机载视距天线伺服控制系统，其特征在于，所述控制单元还包括接近开关，接近开关通过光耦隔离将基准角度信息反馈给数字信号处理器，在该基准上叠加增量编码器的转动增量，得到天线的座架角。

6.根据权利要求1所述的一种机载视距天线伺服控制系统，其特征在于，所述控制单元还包括jtag调试接口，用于实现数字信号处理器程序烧录和软件调试。

技术总结
本发明公开了一种机载视距天线伺服控制系统，属于天线伺服控制领域。其进行了防雷、防反接保护、滤波、尖峰抑制、高压浪涌抑制、浪涌电流抑制、欠压保护及控制电源输入输出隔离滤波设计。提高了系统电源的安全性，同时满足电磁兼容设计要求。由于视距天线负载轻，需要的转矩小，波束宽度宽，可以包容较大的指向误差，三环(位置环、速度环、电流环)控制改为单参数单环(位置环)控制，电流仅做过流提示，实时性好，位置环闭环周期为10ms，此种环路控制方式控制流程简单，计算量小，提高了视距天线伺服控制系统的性能。

技术研发人员：宋迎兴,李庆华,刘侨林,王迎发,王龙,蔡文莉,张立军,张硕,刘昕
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16