基于主頻預估的短波發射機功率自適應控制方法

張永凱

（國家廣播電視總局二〇二二臺，新疆 喀什 844000）

0 引 言

短波發射機是興起在20世紀80年代的一種脈沖調制發射機，以其高效且靈活的特點被廣泛應用到各個領域。在短波發射機播音時長不斷增加的背景下，其播音頻率范圍也在隨之擴大。受全球氣溫變化影響，其工作環境也受到影響[1]。冬季和夏季的極端天氣會減少短波發射機的使用壽命，發射機內的蒸發冷卻設備和水循環設備都會造成短波發射機的運行困難。主頻預估指的是評估和預測CPU內核工作的時鐘頻率，主要用于衡量機器的運行速度等影響因素[2]。自適應控制方法最初是為了解決飛機自動駕駛儀的參數不穩定問題，在后續發展過程中逐漸應用到其他領域。國外開展短波發射機功率自適應控制方法的研究較早，研究重點主要集中在輸入載波功率及音頻調制功率層面，將數字化的直流信號作為衡量功率大小的主要標準。國內的相關研究成果主要集中在短波發射機的功率故障處理方面，針對的是在運行過程中出現的一系列損耗問題[3]。目前，學術界關于將主頻預估和短波發射機功率自適應控制方法相結合的資料并不是十分全面，需要進一步深入探討。

1 基于主頻預估的短波發射機功率自適應控制方法

1.1 調整短波發射機功率不平衡結構

短波發射機在正常狀態下的阻抗變換作用并不是十分明顯，導致發射機功率的分布指標較小，需要切換短波發射機的不平衡結構。根據短波發射機的運行需要，在平衡饋線之間進行阻抗匹配[4]。由于短波發射機內的轉換器量感較小，無法截獲所有的屏蔽體，必須要得出屏蔽體的實際長度與波長才能避免短波發射機的負載抗電性[5]。借助終端的真空電容器，實時補償發射機功率的電抗。一般情況下，短波發射機的裝備會有3～10個不等的標準頻帶，每個頻帶中包含80個預設值，并在4.8～23.4 MHz的頻率范圍內合理分布。包括電動機定位和開關元器件定位等信息在內的影響因素，都需要將固化值與預設值進行匹配[6]。調諧數據是判定機械元件操作性能的重要依據，需要實時監控其調諧狀態，自動修正錯誤數據[7]。基于上述描述，實現調整短波發射機功率不平衡結構的目的。

1.2 基于主頻預估建立機體坐標系

根據短波發射機的非線性特征，基于主頻評估建立機體坐標系。在位置信息中，短波發射機的相對位置是坐標系建立的基礎信息，結合短波發射機的姿態角、速度以及方向等數據，建立相應的機體坐標系[8]。短波發射機的功率大小同樣會影響其主頻評估結果，在既定的功率區間內選擇出合適的定位數據。在慣性空間中，先確定兩個坐標軸的水平和垂直方向，并將短波發射機的重心作為原點，確定其姿態角的取值范圍[9]。短波發射機姿態角的結構如圖1所示。

圖1 短波發射機姿態角結構

由圖1可知，短波發射機的姿態角結構與平面上的投影有關，機體的運動方向會直接改變其姿態角結構。設定短波發射機地球坐標系與機體坐標系的原點位置是重合狀態，利用主頻預估結果，設定電路中的電容電感指標，保證各個元器件之間有并聯諧振關系[10]。在輸出足夠信號的同時，實現機體坐標系建立的目的，基于此完成機體坐標系建立步驟。

1.3 構建動力學模型

在多目標優化的基礎上不斷調整輸出功率與降壓數值之間的關系，求得最優解集，構建動力學模型。在構建動力學模型的過程中需要考慮機器開、關兩種不同狀態下可用電容與電感的參數變化，并確定驅動電路的輸出狀態。為了滿足動力學模型的需求，合理調整安裝的諧波濾波器。考慮到電諧波的參數問題，必須將諧波的殘波數值控制在30～50 mW，否則會影響建模效果。選擇短波發射機的相應信道，并不斷調整反射功率的數值，使反射功率保持在最小區間內。

1.4 利用遺傳算法設置自適應控制模式

利用遺傳算法設置自適應控制模式是設計控制方法的重要環節。結合遺傳算法候選解適應度較高的特點，不斷優化搜索目標。在計算最大值和最小值的過程中，將驅動馬達向正方向和負方向同時移動5個區間，確保在運行過程中能夠快速找到諧振點，實現參數調節的目的。提取出短波發射機功率的歷史數據，根據數據分布特征重新排列并調整布局結構。為了使短波發射機能夠輸出較大信號，需要在數據處理的基礎上讀取A/D卡的表值信息，對各個組件都實行精準控制。基于上述描述，完成利用遺傳算法自適應控制模式步驟。

2 仿真實驗

2.1 搭建實驗環境

實驗配置及參數如表1所示。

表1 實驗配置及參數

基于上述實驗配置及參數，進行實驗測試，并得出實驗結果。

2.2 實驗結果

實驗選取3種現有控制方法，與此次設計的控制方法進行實驗對比。在靜態誤差為80 m的條件下，測試4種方法的收斂速度，速度越快，證明控制方法的實際應用性能越好。實驗結果如表2所示。

表2 實驗結果

由表2可知，現有方法1的收斂速度最高為94.315 2 m/s，現有方法2的收斂速度最高為94.008 7 m/s，現有方法3的收斂速度最高為94.225 8 m/s，設計方法的收斂速度最高為77.564 1 m/s，證明此次設計的自適應控制方法性能更佳。

3 結 論

此次設計的自適應控制方法經過實驗測試證明具有良好的實用性能，在一定程度上推動了整個短波發射機領域的研究進展，同時為學術界開展相關自適應控制方法的研究奠定了理論基礎與實踐基礎。