車載天線一鍵自動(dòng)展收控制系統(tǒng)的研究

黨李昕

【摘 要】介紹了一種車載天線通過一鍵控制自動(dòng)展開和撤收的系統(tǒng)及控制流程。提出一種簡(jiǎn)單可靠的反射面翻轉(zhuǎn)交流伺服控制系統(tǒng)。提出通過展收按鍵結(jié)合指示燈狀態(tài)反映控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中的狀態(tài)。該控制系統(tǒng)使得整個(gè)車載天線的系統(tǒng)特性及任務(wù)接受能力有了明顯的提高。

【關(guān)鍵詞】一鍵自動(dòng)展收；反射面翻轉(zhuǎn)

中圖分類號(hào)： TN828 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）11-0017-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.006

【Abstract】This paper introduces a kind of system and control process for automatic expansion and withdrawal of an on-board antenna. This paper presents a simple and reliable ac servo control system. This paper puts forward the state of the control system in the process of control system. The control system improves the system characteristics and task acceptance capability of the whole vehicle antenna.

【Key words】One-click automatic display； Reflector

0 引言

車載機(jī)動(dòng)站天線相對(duì)于固定站的最大優(yōu)勢(shì)在于其機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可適應(yīng)不同地形環(huán)境，實(shí)現(xiàn)方便、快捷的任務(wù)接受。車載天線的一鍵自動(dòng)展開和撤收功能更是極大地縮短了機(jī)動(dòng)站運(yùn)輸狀態(tài)和工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間，從而提高其機(jī)動(dòng)性和任務(wù)接受能力。

對(duì)于一鍵展收功能的控制系統(tǒng)，其核心在于控制流程的合理性和系統(tǒng)的可靠性。本文以實(shí)際車載天線應(yīng)用為基礎(chǔ)，提出一種新的控制方法，旨在實(shí)現(xiàn)在高可靠性的前提下提高車載天線的展收效率。

1 控制流程

一鍵自動(dòng)展收控制系統(tǒng)是針對(duì)在具有自動(dòng)調(diào)平功能的載車上安裝由方位、俯仰和第三軸組成的三軸結(jié)構(gòu)天線設(shè)計(jì)的，其控制流程主要分為四個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示。其中整個(gè)控制流程由ACU（天線控制單元）完成，PCC（可編程計(jì)算機(jī)控制器）作為功能實(shí)現(xiàn)的控制單元。

在一鍵展收過程中，車體調(diào)平和支腿撤收由ACU控制調(diào)平系統(tǒng)完成；第三軸直立和臥倒由PCC控制交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)；反射面展開和折疊由PCC通過控制交流伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；俯仰角度控制通過交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)完成。

整個(gè)流程中反射面的展開和折疊至關(guān)重要，會(huì)直接影響整個(gè)展收過程的執(zhí)行速度和可靠性。反射面在翻轉(zhuǎn)過程中應(yīng)該保持勻速，實(shí)際應(yīng)用中的翻轉(zhuǎn)速度既要保證不影響整個(gè)自動(dòng)展收完成時(shí)間，也要考慮翻轉(zhuǎn)過程中的安全性，所以翻轉(zhuǎn)速度要結(jié)合具體工程需求來確定。而反射面翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的限位開關(guān)既是可靠性的保證，在自動(dòng)展收流程中也是必不可少。天線反射面翻轉(zhuǎn)過程的主要控制流程如圖2所示。

對(duì)于反射面翻轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，ACU控制流程中會(huì)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)判斷是否進(jìn)入該環(huán)節(jié)，然后發(fā)出展開或折疊指令。PCC根據(jù)指令控制驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)反射面展開和折疊的功能。最后根據(jù)限位開關(guān)狀態(tài)返回判斷是否完成反射面展開和折疊的環(huán)節(jié)并進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。

2 反射體翻轉(zhuǎn)的控制

PCC對(duì)反射面翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的控制是通過I/O輸出實(shí)現(xiàn)的。PCC與反射面翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的接線關(guān)系如圖3所示。其中一路驅(qū)動(dòng)器使能，一路翻轉(zhuǎn)方向選擇，另外兩路進(jìn)行翻轉(zhuǎn)速度選擇。不同的翻轉(zhuǎn)速度是用于設(shè)備調(diào)試階段選擇不同的速度以適應(yīng)工程需要，在調(diào)試完成后確定合適的速度不再改變。這種使用固定I/O輸出的控制方式既簡(jiǎn)單方便，又能保證控制的可靠性。

反射面翻轉(zhuǎn)控制的交流伺服系統(tǒng)是基于Parker公司SLVD5ND-R18UL交流伺服驅(qū)動(dòng)器和SMBF60161.45112IB65F82交流伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)的。如圖4所示是反射面翻轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)控制模式界面。在這種操作模式下可以通過更改配置文件相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)速度環(huán)和位置環(huán)的配置。

在此系統(tǒng)中，針對(duì)位置環(huán)的應(yīng)用，專門設(shè)置了定位器功能。系統(tǒng)將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的位置變化分成4096階，在配置文件中可以任意設(shè)定電機(jī)的目標(biāo)位置值，這樣電機(jī)在經(jīng)過位置閉環(huán)會(huì)非常精確的到達(dá)設(shè)定位置。如果將這種控制方式應(yīng)用的反射面翻轉(zhuǎn)中，即可以很大程度提高控制精度，又可以擺脫對(duì)限位開關(guān)的依賴，使系統(tǒng)可靠性更高。圖5為應(yīng)用定位器配置系統(tǒng)。

反射面翻轉(zhuǎn)面與固定面的連接是通過電磁鐵的吸合來實(shí)現(xiàn)的，這種設(shè)計(jì)即可以固定和保護(hù)反射面，也可以保證反射面精度。反射面展開到位時(shí)電磁鐵吸合，固定反射面；反射面折疊時(shí)電磁鐵加電釋放吸力，反射面開始折疊。實(shí)際應(yīng)用中反射面展開到位和折疊到位如圖6所示。

3 一鍵控制的實(shí)現(xiàn)

一鍵展收的關(guān)鍵還在于可以通過外圍按鍵操作實(shí)現(xiàn)一鍵控制整個(gè)展開和撤收的功能。這種控制方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，操作方便，可靠性很高。如圖7所示是一鍵展收控制盒。標(biāo)識(shí)為“ON”的綠色按鍵為一鍵展開按鈕，標(biāo)識(shí)為“OFF”的黃色按鍵為一鍵折疊按鈕。控制盒上的急停開關(guān)可以使展收過程隨時(shí)停止，以防止展收過程出現(xiàn)的意外狀況。

一鍵展收過程中按鍵指示燈的點(diǎn)亮和熄滅由PCC根據(jù)展收流程和系統(tǒng)狀態(tài)控制，其閃爍方式用于反映控制系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)。圖8為按鍵指示燈不同閃爍方式的示意圖。在未進(jìn)行展收時(shí)，按鍵處于彈起狀態(tài)。當(dāng)ACU向PCC發(fā)送允許展開或撤收指令時(shí)，按鍵指示燈點(diǎn)亮并處于常亮狀態(tài)，此時(shí)已經(jīng)具備一鍵展開或撤收的狀態(tài)；當(dāng)按下按鍵開始展收流程時(shí)，指示燈開始緩慢閃爍（長(zhǎng)閃），表示展收過程正在進(jìn)行，且控制系統(tǒng)狀態(tài)正常；當(dāng)完成展開或撤收流程時(shí)，指示燈變成常亮狀態(tài)，此時(shí)彈起按鍵，指示燈熄滅，展收完成。在展開完成的狀態(tài)下只有撤收按鍵指示燈可以被點(diǎn)亮，此時(shí)展開按鍵指示燈處于熄滅狀態(tài)，即使被按下，控制系統(tǒng)也不會(huì)響應(yīng)。在撤收完成的狀態(tài)下只有展開按鍵指示燈可以被點(diǎn)亮，同樣的撤收按鍵也不起作用，指示燈熄滅。若天線處于展開和撤收的中間狀態(tài)，展開和撤收按鍵可以同時(shí)被點(diǎn)亮，在此狀態(tài)下既可以展開也可以撤收。當(dāng)一鍵展收控制系統(tǒng)處于異常狀態(tài)或沒有被允許操作時(shí)兩個(gè)按鍵指示燈都會(huì)快速閃爍（短閃），這既可以提示此狀態(tài)不具備一鍵展收條件，同時(shí)也可以通過ACU采集的狀態(tài)反饋信息確定系統(tǒng)出現(xiàn)異常的位置，進(jìn)行快速恢復(fù)。表1為控制系統(tǒng)與按鍵和指示燈的狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系。

4 結(jié)論

一鍵展收功能的實(shí)現(xiàn)極大地縮短了車載天線的展收時(shí)間，實(shí)際應(yīng)用中可以在10min內(nèi)完成展開或撤收，提高了機(jī)動(dòng)站的即時(shí)反應(yīng)速度和任務(wù)接受能力。作為一鍵展收流程中的重要環(huán)節(jié)，PCC配合交流伺服系統(tǒng)控制的反射面翻轉(zhuǎn)在保證反射面精度的前提下，實(shí)現(xiàn)了很高的可靠性。一鍵控制功能的設(shè)計(jì)可以方便地在設(shè)備外圍實(shí)現(xiàn)車體展開和撤收的功能，又可以通過按鍵指示燈的閃爍方式反映控制系統(tǒng)的狀態(tài)，有利于對(duì)系統(tǒng)異常情況進(jìn)行排查和恢復(fù)。所以一鍵展收功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)于車載天線系統(tǒng)性能的優(yōu)化和任務(wù)執(zhí)行能力的提高意義重大，影響深遠(yuǎn)。