一種車載穩(wěn)定平臺系統(tǒng)設計

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(中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

System Design of a Vehicle-borne Stabilized Platform

CHEN Meifang，WANG Hu，XU Feijun

(NO.38 Research Institute of CETC， Hefei 230088， China)

一種車載穩(wěn)定平臺系統(tǒng)設計

陳美芳，王虎，徐非駿

(中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

System Design of a Vehicle-borne Stabilized Platform

CHEN Meifang，WANG Hu，XU Feijun

(NO.38 Research Institute of CETC， Hefei 230088， China)

摘要：研究一種二維車載穩(wěn)定平臺，與常規(guī)的平臺不同，采用了同步帶傳動結構、多星切換技術和TUNER調(diào)整技術等。通過對平臺的結構設計和控制方法的研究，找到了一種體積小、成本低、可靠性高和維護簡單等特點的車載平臺穩(wěn)定系統(tǒng)，可為車載穩(wěn)定平臺系統(tǒng)設計提供寶貴的理論和實踐基礎。

關鍵詞：車載式；穩(wěn)定平臺；伺服控制系統(tǒng)

中圖分類號：TH112.1

文獻標識碼：A

文章編號：1001-2257(2015)03-0014-03

收稿日期：2014-11-04

基金項目：國家科技支撐計劃資助項目(2011BAH24B05)

Abstract：A two-dimensional vehicle-borne stabilized platform is introduced in this paper. Different from the conventional design，it uses synchronous belt structure，multi satellite switching technology and tuner adjustment technology. Based on the introduction of structure design and control methods，vehicle-borne stabilized Platform which had the characteristics of small volume，low cost，high reliability，and simple maintenance is founded. It can provide valuable theoretical and practical basis for the design of vehicle-borne stabilized platform.

作者簡介：陳美芳(1981-)，女，安徽淮北人，工程師，主要從事雷達系統(tǒng)機械傳動方面的研制工作。

Key words:vehicle-mounted; stabilized platform; servo control system

0引言

無論是在民用還是在軍用中，車載穩(wěn)定平臺的研發(fā)越來越迅速，也越來越迫切，比如在交通管制偵測技術以及民用檢測上，雷達車的穩(wěn)定平臺、以及裝甲車坦克上的瞄準平臺，一系列的需求促使了車載穩(wěn)定平臺的迅猛發(fā)展。也使得車載平臺的應用越來越廣泛，要求也越來越高[1-3]。

車載穩(wěn)定平臺承載著某跟蹤測量設備，是跟蹤系統(tǒng)基準中關鍵的部件之一，其結構和控制方法直接影響著系統(tǒng)的性能。

1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由穩(wěn)定平臺及伺服控制板組成，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)組成

穩(wěn)定平臺主要由方位軸驅動電機，俯仰軸驅動電機，方位軸驅動機構，俯仰軸驅動機構，安裝底座以及保護開關，同軸鉸鏈構成。

伺服控制的功能是控制系統(tǒng)的運動跟蹤，主要功能是按照ACU的指令選擇相應的衛(wèi)星去跟蹤，跟蹤上衛(wèi)星后鎖定衛(wèi)星，保證在車輛運動過程中也能對準衛(wèi)星，連續(xù)的接收衛(wèi)星信號，如特殊情況衛(wèi)星丟失(比如車輛進入山洞遮擋)后能夠快速追蹤衛(wèi)星并且恢復鎖定，并且將伺服狀態(tài)傳送給ACU顯示。

2穩(wěn)定平臺結構設計

穩(wěn)定平臺結構如圖2所示。穩(wěn)定平臺天線罩底端有安裝法蘭，用于將衛(wèi)星電視接收機固定在車頂，防止移位，晃動，通過方位驅動機構實現(xiàn)天線方位全向轉動；俯仰驅動機構的兩端支座固定在底盤上。俯仰前端與俯仰后端對稱安裝，底盤上安裝元器件時，一方面要考慮走線的方便，另一方面通過合理的布置，使得整個穩(wěn)定平臺的重心在方位的回轉軸上，同時盡量靠近回轉中心，以便減小轉動慣量。

圖2　穩(wěn)定平臺結構

2.1　天線單元

系統(tǒng)已選擇相控陣平板天線作為接收天線。天線單元由兩塊雙極化天線，固定板，以及高頻頭組成，2塊雙極化天線肩并肩安裝在固定支架上，每塊天線的背面留有接口安裝高頻頭。天線單元結構組成如圖3所示。

圖3　天線單元結構組成

2.2　俯仰驅動單元

如圖4所示，俯仰驅動機構主要由俯仰驅動端和俯仰從動端組成，驅動端通過帶輪實現(xiàn)從動端的同步俯仰運動。

圖4　俯仰驅動單元

驅動方式采用“電機+同步帶”的方式，其綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，傳遞功率從幾瓦到幾百千瓦。傳動效率高，一般可達98%，不需潤滑，無污染，完全滿足技術要求。

2.3　方位驅動單元

方位驅動機構主要由方位軸系、方位驅動端和底盤等組成。

方位軸系采用常規(guī)的傳動方式，由軸承座、方位軸和軸承等主要零件組成[4]，方位帶輪與方位軸固連，軸內(nèi)走線，外部設備通過同軸鉸鏈傳輸信號及供電.方位驅動同樣也采用同步帶傳動，方位帶輪固定在天線罩底部，方位電機安裝在底盤上，與穩(wěn)定平臺一起轉動。方位驅單元如圖5所示。

圖5　方位驅動單元

3伺服控制

伺服控制，主要作用是在運動中搜索需要跟蹤的衛(wèi)星并且鎖定衛(wèi)星，在車輛的運動中實時的鎖定衛(wèi)星，確保接收衛(wèi)星信號的連續(xù)性，在遇到遮擋或者特殊情況后衛(wèi)星丟失能夠快速找回要跟蹤的衛(wèi)星；伺服控制器還可以根據(jù)下端的ACU控制器發(fā)來的衛(wèi)星選擇命令跟換需要跟蹤的衛(wèi)星以及根據(jù)各個頻道要求跟換天線的極化角；并且還將當前的跟蹤狀態(tài)將當前的跟蹤狀態(tài)等信息下傳給ACU進行顯示。

伺服控制方法采用速度、信號雙閉環(huán)控制方法，速度閉環(huán)的檢測器件是壓電陀螺，檢測轉軸的轉動速度，與輸入給定比較，得到速度閉環(huán)，閉環(huán)控制方法為PI控制，大閉環(huán)采用信號閉環(huán)，由TUNER采集中頻信號，將采集的中頻信號和設定的信號特征進行對比和提取，提取的信號強度作為信號閉環(huán)的特征[5]。控制流程如圖6所示。

圖6　伺服控制流程

4關鍵技術

4.1　同步帶傳動

同步帶通過傳動帶動內(nèi)表面上等距分布的橫向齒和帶輪上的相應齒槽的嚙合來傳遞運動，具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力，故帶與帶輪之間無相對滑動，能保證準確的傳動比，效率可達98%[4，6]。

俯仰和方位驅動都采用了同步帶機構。由于傳動帶的材料不是完全的彈性體，因而同步帶在工作一段時間后會發(fā)生塑性變形而伸長，這時，可通過調(diào)節(jié)張緊輪，以達到調(diào)節(jié)中心矩的目的，保持正常工作。其結構簡單、可靠，同時便于裝拆。

4.2　多星切換技術

根據(jù)ACU的選星指令和頻道信號，通過TUNER快速調(diào)整衛(wèi)星頻點和極化位置，提供給用戶多顆衛(wèi)星選擇。即多星可選，給用戶提供更多選擇；雙路極化可選，試用不同客戶需求。

4.3　TUNER調(diào)整技術

利用TUNER替換常規(guī)的聲表濾波器提取AGC信號，可以選擇不同衛(wèi)星下行頻率，為多星選擇提供了技術保證。即可靠性高、造價低、受環(huán)境影響小和功能豐富。

5結束語

車載穩(wěn)定平臺是集結構和伺服控制于一體的復雜系統(tǒng)。它的功能是在移動車輛上接收衛(wèi)星的信號，來確定位置信息。提出的穩(wěn)定平臺的結構設計和控制方法，具有體積小、成本低、智能化、可靠性高和維護簡單等特點。通過對其研究，可進一步推動車載穩(wěn)定平臺技術的發(fā)展。

參考文獻：

[1]王連明.機載光電平臺的穩(wěn)定與跟蹤伺服控制技術研究.長春：中科院長春光機所，2002.

[2]于淼.車載平臺系統(tǒng)的穩(wěn)定研究.長春：長春理工大學，2008.

[3]張智永.移動載體穩(wěn)定跟蹤平臺測控技術研究.長沙：國防科技大學，2001.

[4]吳鳳高.天線座結構設計.西安：西北電訊工程學院出版社，1986.

[5]郭新勝.車載穩(wěn)定平臺伺服控制系統(tǒng)設計.南京：南京理工大學，2004.

[6]方文中.同步帶傳動-設計·制造·使用.上海：上海科學普及出版社，1993.