雷达伺服跟踪系统数字控制方法技术方案

一种雷达伺服跟踪系统数字控制器及其控制方法，转换模块、高精度A/D转换器、减法器、第一0阶保持器、算法控制模块、第二0阶保持器、高精度D/A转换器和伺服机构共同组成一个负反馈闭环系统，基于梯形积分的控制理论，对雷达跟踪系统的控制器进行离散化，并引入PID控制算法对控制器进行优化，保证雷达跟踪系统的稳定的前提下，提高了跟踪系统的去藕性能，克服了系统的非线性，运算速度快，降低了硬件负荷，调试时方便快捷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
现有的雷达跟踪系统控制主要分为模拟控制和数字控制器，其中，小型化的雷达 伺服系统由于结构紧凑，导致伺服系统在传统的模拟电路控制下，系统的非线性、去藕性能 等都无法满足要求。因此，无法通过模拟控制电路提高伺服跟踪系统性能。 而针对数字控制的公开发表的论文，通过检索发现只有以下几种：《基于复合控制 的雷达导引头伺服系统设计》，《H_m控制理论在雷达导引头伺服系统设计中的应用》，《基 于DSP的Fuzzy-PID控制在雷达导引头伺服系统中的应用》等，由此可以知道，市面上公开 的雷达伺服系统控制器主要有PID与其他控制的复合控制、模拟控制以及H_ 〇〇等高级控制 器，通过文献内容也可以看出，这些控制器都是处于理论研究阶段，并没有对其去藕性能和 非线性作论述。 根据《自动控制理论》书籍中可以知道，数字控制器的算法主要有PID控制器、模 拟控制、自适应控制、智能控制、神经网络控制等，这些控制器都是通过设计提高系统的稳 定性，保证系统的稳定预度，对系统的去藕能力以及非线性的克服抑制并没有提到。 通过检索，大部分专利都是关于数字控制器的，并没有提到应用到哪种系统，而且 控制器的实现形式和本专利也完全不一样，重要的是这些检索到的专利中都没有对系统的 去藕性能和非线性的提高和改善进行阐述和说明。如《应用于串励电机的数字控制器》，《一 种舵机数字控制器》，《一种无刷直流电机数字控制器》，《基于IIR滤波器的数字核脉冲信号 高斯成形方法》，《路灯控制系统及其数字控制器》等，它们不是针对特殊电机就是针对其他 机构，数字控制器的算法与本专利也完全不一样，重要的它们并没有对系统的去藕性能和 非线性的克服进行阐述和论证。
技术实现思路
本专利技术提供一种，保证雷达跟踪系统 的稳定的前提下，提高了跟踪系统的去藕性能，克服了系统的非线性。 为了达到上述目的，本专利技术提供一种雷达伺服跟踪系统数字控制器，包含：电性连 接伺服机构的FPGA模块，以及通过数据总线连接FPGA模块的DSP模块； 所述的FPGA模块包含： 转换模块，将位置输入信号A转换成数字量输出； 高精度A/D转换器，其输入端电性连接伺服机构的输出端，将伺服机构的速度反 馈信号Uf转换成数字量输出； 减法器，其输入端电性连接转换模块和高精度A/D转换器的输出端，对位置输入 信号UdP速度反馈信号Uf进行数字信号求差，求差的结果作为DSP模块中数字控制器的输 入； 高精度D/A转换器，其输入端通过数据总线连接DSP模块的输出端，其输出端电性 连接伺服机构，将DSP模块输出的数字控制信号转换为模拟信号输出给伺服机构； 所述的DSP模块包含： 第一 0阶保持器，其输入端通过数据总线连接减法器的输出端，对数字控制器进 行离散化处理； 算法控制模块，其输入端电性连接第一 0阶保持器的输出端，实现数字控制器的 差分方程算法； 第二0阶保持器，其输入端电性连接算法控制模块的输出端，其输出端通过数据 总线连接FPGA模块中的高精度D/A转换器。 所述的转换模块、高精度A/D转换器、减法器、第一 0阶保持器、算法控制模块、第 二〇阶保持器、高精度D/A转换器和伺服机构共同组成一个负反馈闭环系统。 本专利技术还提供一种雷达伺服跟踪系统数字控制器的控制方法，包含以下步骤： 步骤Sl、FPGA模块中的高精度A/D转换器将伺服机构的速度反馈信号Uf转换成 数字量； 步骤S2、FPGA模块中的转换模块将位置输入信号1^转换成数字量； 步骤S3、FPGA模块中的减法器对位置输入信号UdP速度反馈信号Uf进行数字信 号求差，将求差结果通过数据总线传输给DSP模块； 步骤S4、DSP模块实现数字控制器的差分方程算法，将运算值通过数据总线传输 给FPGA模块； 步骤S5、FPGA模块中的高精度D/A转换器将DSP模块输出的数字控制信号转换为 模拟信号输出给伺服机构。 所述的步骤S4中，DSP模块实现数字控制器的差分方程算法还包含以下步骤： 步骤S401、仿真得到雷达伺服跟踪系统的三阶模拟控制器： 其中，D(s)是S平面的三阶模拟控制器模型，模拟系统的分析运算都在S平面上， S是S平面的变量，e(s)是减法器的输出，t和t都是通过仿真计算得出的固定常数，物 理意义就是前一个时刻、前两个时刻……等等的时间常数； 步骤S402、通过梯形积分理论，采用0阶保持器对三阶模拟控制器进行离散化处 理，得到三阶数字控制器数学模型；气、公式（1)中得到三阶数字控制器数学模型： 其中，D(z)是Z平面的三阶数字控制器数学模型，离散系统（数字系统）的分析 运算都在Z平面上，Z是Z平面的变量，e (z)是e (s)从S平面到Z平面的映射，a、b的物 理意义就是Z平面的前一时刻、前两时刻……的采样值系数； 步骤S403、通过引入PID控制算法对三阶数字控制器数学模型进行优化，获得三 阶数字控制器数学模型的差分方程； 对公式⑵进行下列优化，将公式⑵变为： 其中，a、b的物理意义就是Z平面的零点和极点； 由公式（4)中D(z)的后两〕斥成两项： 由公式（5)和公式（6)可以得到下列差分方程：其中，y是运算中间变量，x是各个变量的系数，k代表第k时刻的变量值，k_l代 表k-1时刻的变量值； 步骤S404、将差分方程的运算值U(k)通过数据总线传输给FPGA模块。 本专利技术还提供一种DSP模块实现数字控制器的差分方程算法，包含以下步骤： 步骤S401、仿真得到雷达伺服跟踪系统的三阶模拟控制器： 其中，D(s)是S平面的三阶模拟控制器模型，模拟系统的分析运算都在S平面上， S是S平面的变量，e(s)是减法器的输出，t和t都是通过仿真计算得出的固定常数，物 理意义就是前一个时刻、前两个时刻……等等的时间常数； 步骤S402、通过梯形积分理论，采用0阶保持器对三阶模拟控制器进行离散化处 理，得到三阶数字控制器数学模型； 4、公式（1)中得到三阶数字控制器数学模型：[0050 其中，D(z)是Z平面的三阶数字控制器数学模型，离散系统（数字系统）的分析 运算都在Z平面上，Z是Z平面的变量，e(z)是e(s)从S平面到Z平面的映射，a、b的物 理意义就是Z平面的前一时刻、前两时刻……的采样值系数； 步骤S403、通过引入PID控制算法对三阶数字控制器数学模型进行优化，获得三 阶数字控制器数学模型的差分方程； 对公式⑵进行下列优化，将公式⑵变为： 其中，a、b的物理意义就是Z平面的零点和极点； 由公式（4)中D(z)的后两Ii拆成两项： -,1 由公式（5)和公式（6)可以得到下列差分方程：其中，y是运算中间变量，x是各个变量的糸数，k代表第k时刻的变量值，k_l代 表k-1时刻的变量值；[006当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雷达伺服跟踪系统数字控制器，其特征在于，包含：电性连接伺服机构(3)的FPGA模块(1)，以及通过数据总线连接FPGA模块(1)的DSP模块(2)；所述的FPGA模块(1)包含：转换模块(101)，将位置输入信号Ui转换成数字量输出；高精度A/D转换器(102)，其输入端电性连接伺服机构(3)的输出端，将伺服机构(3)的速度反馈信号Uf转换成数字量输出；减法器(103)，其输入端电性连接转换模块(101)和高精度A/D转换器(102)的输出端，对位置输入信号Ui和速度反馈信号Uf进行数字信号求差，求差的结果作为DSP模块(2)中数字控制器的输入；高精度D/A转换器(104)，其输入端通过数据总线连接DSP模块(2)的输出端，其输出端电性连接伺服机构(3)，将DSP模块(2)输出的数字控制信号转换为模拟信号输出给伺服机构(3)；所述的DSP模块(2)包含：第一0阶保持器(201)，其输入端通过数据总线连接减法器(103)的输出端，对数字控制器进行离散化处理；算法控制模块(202)，其输入端电性连接第一0阶保持器(201)的输出端，实现数字控制器的差分方程算法；第二0阶保持器(203)，其输入端电性连接算法控制模块(202)的输出端，其输出端通过数据总线连接FPGA模块(1)中的高精度D/A转换器(104)。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周起华，刘庆波，高路，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31