平板天线伺服控制系统设计

　　本文设计里一种具备自动跟踪功能的平板天线伺服控制系统，通过将伺服控制器和驱动器都安装天线座内部，采用多数字处理器的架构作为控制核心，实现了伺服控制系统的集成化和小型化。

　　【关键词】多数字处理器；平板天线；伺服控制系统；设计

　　天线的控制单元一般都是以机箱的形式在工作台上安装，体积很大，集成度非常低，运输并不方便。必须要进行合理的设计，提高集成化和小型化。

　　一、伺服控制系统的组成和工作原理

　　平板天线的伺服控制系统包括计算机、伺服控制器、伺服驱动器、天线座等部分，可以对天线方位支路和俯仰支路进行控制。伺服控制器和驱动器在跟踪天线的内部安装，平板自跟踪天线安装在天线座上[1]。私服控制器可以通过网络来接受计算机发出的指令，这样能够对私服控制器进行控制，并且驱动方位直流电机，这样就能够带动平板上的天线进行转动。平板自跟踪天线伺服控制系统的结构如下图，包括平板天线、俯仰直流电机测速机、俯仰转动机、俯仰旋转变压器等部分。通过人机交互界面，监控计算机可以发送对伺服控制系统的命令，也能够接收到伺服控制器所发出的伺服控制系统工作状态数据，并且现实天线的状态。伺服控制器能够根据接收到的控制指令来完成位置环路控制和跟踪环路控制两种控制工作。位置环路控制过程中，处理器模块能够读取监控计算机下发出的角位置信息，并且对天线的角位置信息进行实时跟踪，使用位置环路闭环控制算法对控制信息进行计算，之后通过DA转换模块将模拟量控制信息输送给伺服控制器。

　　二、伺服控制系统的设计

　　2.1伺服控制系统的硬件选择

　　伺服控制系统中包括网络模块、处理器模块、角度解码模块、DA转换模块、AD转换模块和电源模块。在网络模块的选择上，使用了RCM4200板卡来实现以太网口串口转换，处理器模块使用一片FPGA芯片和DSP芯片，利用DSP芯片来对计算机的工作模式进行监控，并且对指令的完成情况进行跟踪，FPGA芯片则进行伺服控制系统的逻辑控制[2]。伺服控制器通过网络模块接受监控计算机所发出的指令。计算机的指令中包括方位角指令、俯仰角指令，以及不同的工作模式。在网络模块中，接收到控制指令之后进行串行信号的输出，处理器会进行串行信号的解码，并在SRAM中存放控制指令，DSP芯片会对控制指令进行读取，并且运行跟踪控制算法，之后将控制天线运转的数据写入到FPGA芯片的SRAM中，由FPGA芯片控制DA模块讲这些数字转化成模拟量信息，然后输送给伺服控制器，最后有私服控制器来控制天线的运转。伺服控制器使用了多数字处理器架构进行设计，为了保证电路正常工作，需要设计合理的加电工作方案。控制系统的内核供电电压为1.2V，IO供电电压为3.3V，RCM板卡也采用3.3V进行供电，伺服控制器的数字处理器具有独立的供电电源。不同数字处理器之间，通过数据隔离模块来进行信号的交互，由于FPGA芯片的程序加载时间最长，所以数据隔离模块由FPGA芯片进行控制。

　　2.2伺服控制系统交互软件设计

　　伺服控制器的数字处理器必须要协同工作才能够完成计算机所发出的指令，DSP芯片使用定时中断的模式来进行跟踪控制工作，FPGA芯片则作为DSP芯片的外设发挥作用，以便完成伺服控制系统的逻辑控制。由于DSP定时中断子程序会根据数据来源不同采用不同的控制算法，所以需要设计不同的工作模式，从而实现伺服控制系统的环路位置控制以及对环路系统进行跟踪[3]。位置环路控制的工作模式包括手动工作模式，手动设置速度、程序控制等，跟踪环路控制的额工作模式包括自动跟踪和综合跟踪，或者通过计算机的人机交互界面进行目标跟踪和显示。对RCM4200板卡的开发上，采取嵌入式应用软件进行开发工作，使用DynamicC进行开发，DynamicC具有简单的文字编译器，既可以使用源码也可以使用机器代码来进行程序的调试工作，也能够进行汇编语言和C语言的混合编程。中断程序也可以使用C语言来进行编写，而且可以进行多任务处理工作。控制指令和实施状态数据的网络传输使用了UDP协议。

　　结束语：

　　通过设计具备自动跟踪能力的高度集成化的平板天线伺服控制系统，能够实现伺服控制功能，以及监控计算机网络通信的功能。而利用多处理器的架构，则能够实现伺服控制系统的小型化、集成化，并且降低控制系统的功耗，由于主多目标测控任务的完成。

　　参考文献

　　[1]马纪军,贾军,李铁,于晓黎,孙甲琦.基于多数字处理器的平板天线伺服控制系统设计[J].遥测遥控,2017,38(05):74-78.

　　[2]马万垒,张磊,李晓普.一种新型结构一体化设计卫通平板天线[J].河北省科学院学报,2018,35(01):57-62.

　　作者：李大龙 单位：石家庄诺通人力资源有限公司

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