自动控制原理-雷达天线伺服控制系统

自动控制理论课程设计

成绩

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。然而雷达天线伺服控制系统在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。

1.2课题研究的目的

雷达天线伺服控制系统的设计目的是通过采取各种控制策略，快速，准确，稳定，可靠地跟踪目标，使天线伺服系统的天线座驾的机械轴随控制指令运动，并能使天线的电轴始终对准目标，完成各项任务，并确保天线伺服系统安全，可靠，长期，稳定地工作。利用电磁波探测目标的电子设备，发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。而在我们设计的伺服控制系统中，天线的转动要求

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伺服控制系统快速无超调进行大角度调转，定位精度高，而且伺服系统要具有多种快速扫描方式：水平扫描，垂直扫描以及快速定位等。这些都将对伺服系统的环路设计提出更高的要求。因此，就需要我们设计一个要求更高，快速，准确进行跟踪的雷达跟随系统。

1.3课题研究的主要内容

（1）分析雷达天线控制系统的工作原理； （2）给出雷达天线控制系统的组成框图； （3）建立各个组成部分的数学模型； （4）根据数学模型计算出系统的传递函数；

（5）画出系统的根轨迹图和Bode图，并对系统进行仿真验证，分析系统的性能指标；

（6）校正并画出校正后的根轨迹图和Bode图。并对系统进行仿真验证。

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第二章 系统的总体设计

2.1系统的组成图

雷达天线伺服控制系统由两个放大器，可逆功率放大器，电动机，雷达天线和位置检测等元件组成，雷达天线伺服控制系统组成图如图2.1所示

图2.1 雷达天线伺服控制系统组成图

2.2控制系统的结构图

由图2.1所示当两个电位器RP1和RP2的转轴位置一样时，给定角 ?m1与反馈角 ?m2相等，所以给定角差 ?m1??m2?0，电位器输出电压 U1?U2，电压放大器的输出 U3 ，可逆放大器的输出电压Ud?0,电动机的转速n?0，系统处于静止状态。当转动手轮，使给定角 ?m1 增大。只要 ?m1??m2?0，电动机转速n?0，经减速器带动雷达天线转动，雷达天线机构带动电位器RP2的转轴，是?m2也增大。只要?m2??m1，电动机就带动雷达天线朝着缩小的偏差的方向运动没有当 ?m2??m1 ，偏差角为0 ，系统才会停止运动而处在新的稳定状态。如给定角减小，则系统运动方向和上述相反，雷达天线伺服控制系统组成框图如2.2所示。

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