飛機天線飛行跟蹤定位優化控制仿真

陳彬

摘 要：可以通過對天線單元的控制來對飛機飛行的動態進行檢測，保證天線陣面能夠實現對接，以便于數據的穩定傳輸，提高通訊質量。由于飛機天線單元本身結構比較復雜，以及環境特殊，因此迫切需要建立一種有效且具有較為準確系統參數的控制器來對飛行姿態進行控制?？刂破髦邪袕婔敯粜约拜^強干擾能力的滑模結構，能夠有效抵消未用到模型的高頻成分。通過天線陣面的Adams模型以及Simulink模型進行聯合仿真，通過比較不同方位下以及不同俯仰角度下滑模變結構控制和PI控制產生的不同結果。結果發現，滑模變結構能夠快速響應天線伺服單元的要求，同時能夠有效提高魯棒性以及系統本身的抗干擾能力。其相比于PI具有更好的性能。

關鍵詞：移動衛星 跟蹤定位 優化控制 仿真

中圖分類號：V271 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0100-02

由于移動衛星本身具有較大的覆蓋范圍以及通訊形式多樣化，其在民用和軍事方面具有較為廣泛的應用。尤其是在20世紀90年代以來，“全球性移動通信”以及信息技術的快速發展，使得衛星通訊技術在現代化信息的傳輸過程中發揮著越來越重要的作用。

1 飛機天線飛行跟蹤定位系統

1.1 簡介

機載衛星能夠有效完成天線對目標衛星的定位，并建立相應的數據傳輸連接，提高通訊質量。機載衛星的關鍵技術是通過天線控制單元來有效隔離飛機飛行過程中各個方向上產生的擾動，保證天線能夠順利和衛星完成對接，提高通訊質量。

1.2 原理模型

一般來說，ACU有方位上、俯仰、直線上的三個方向上的運動，因此其需要由一個直流電機來進行控制。通過直流電機控制，三運動可以實現聯動。方位運動是指整個轉盤相比較于基座來實現平面轉動，俯仰運動是陣面繞著旋轉軸進行轉動，通過電機的驅動，并帶動帶動兩邊的面板做同步運動。直線運動指兩邊的面板做橫向的水平運動，同時在整個運動過程中各個面板相互獨立。由于機載天線在運動的過程中需要受到來自于3個自由方向的運動，控制對象包括：（1）包括旋轉或者直線運動上的摩擦力矩；（2）當飛機姿態發生改變，在旋轉過程中產生的偏心力矩；（3）由三自由度驅動機構在運行過程中產生的額外力矩。在方位旋轉運動基礎上呈現摩擦和偏心力矩，又有這些運動本身產生的額外力矩導致其在隨天線運動過程中不會出現較大的變化。由于天線通過較高的傳動比來進行驅動，在方位機構上的傳動比為364，俯仰機構上的傳送比為567。因此及時負載轉動慣量經過減速裝置，并在電機上呈現時候，其產生的影響也是相當小的。

同時，其在俯仰方向上的轉動常量沒有發生變化，始終保持在0.032kg·m2。而方位上的轉動慣量保持在2.83～3.64kg·m2。

2 滑?？刂破鞯脑O計

2.1 電機模型

根據電機的驅動模式的差異分成方波驅動（無刷直流電動機）、正弦驅動（永磁步電動機）兩種。其中永磁同步電動機的數學模型為：

電磁轉矩方程為：

T1=3/2×n×i×j

運動方程為：

T2=Ti+J.dw/dt+Bw.Wm

式中：T1為電磁扭矩，n為電機極對數，i為轉子永磁鐵磁鏈，j為q軸電流，T2為負載扭矩，Wm為機械轉速，Bw為電機粘滯摩擦系數。

2.2 滑模狀態方程和滑模面設計

滑模變結構在控制上不連續可能會引起系統抖振，針對這種情況，我國國內外很多專家學者為此提出了趨近律的概念，明確指出可以通過指數趨近來消除抖動。

s=-δ·sgn（s）-k·s

通過調整趨近律的參數k和δ，既可以保證滑動模態到達過程的動態品質，又可以減弱控制信號的高頻抖動，但此時系統最好趨近于原點附近的一個抖振區，可能激勵系統中未用模型所表示的高頻成分，并增加控制器的負擔。故采用變指數趨近律設計控制器，如下

s=-δ+x l sgn（s）-k·s

得狀態方程如下：

[]=[：][]+[]u

式中：{}，-Wf為電機給定機械轉速，-Wn為電機反饋機械轉速；u=i；M=3nf/2J，等價于轉矩常數。

3 結果

3.1 聯合仿真

為了進一步提高運動過程變化的準確性，本文作者主要級設計負載以及控制算法相關的控制仿真結構進行分析，也就是通過選用Adams運動模型以及Simulink來實現聯合仿真。該系統能夠利用參數化的機械系統建立集合模型，并用拉格朗日方程來計算構建參數，通過建立動力學方程來對機械系統進行分析，繪制出運動和加速度運動曲線。

仿真結果可以適應于預測機械系統性能和運動范圍以及峰值載荷等進行計算，并將在天線伺服系統中應用Adams來建立仿真模型，其負載的尺寸和質量大小和原有的模型完全相同。將模型的輸入轉化為角度值，并通過SMC來將運算值帶入到電機控制器中，經過減速器作用到被控對象中，并將處理的結果反饋給控制器，獲得較為完整的控制系統模型。

3.2 仿真及基于PI控制的性能比對分析

為了更好地驗證SMC控制以及比較PI控制之間的差別和優越性，以及搭建出PI模型。需要在方位電機和俯仰電機中輸入到振幅為0.5度左右的正弦波，并對波形進行仿真，得到結果。

圖2、圖3分別為SMC控制和PI控制時俯仰電機的位置跟隨誤差，即角度輸入值與反饋值的差值。

4 結語

本文作者通過采取變指數趨近率作為滑?？刂频幕A控制措施來對天線伺服單元進行控制，并建立相應的Adams模型和Simulink模型來進行綜合仿真。通過以上方式能夠有效提高天線伺服單元的響應時間，提高系統本身的抗干擾能力，這種方式相比于PI具有明顯的優勢。

參考文獻

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