【摘 要】
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机械相控阵列天线采用螺旋天线作为辐射单元,使用微型电机等驱动设备与螺旋天线单元相连,通过电机的机械旋转实现天线单元辐射相位的改变,从而实现天线波束的扫描与控制。电机控制系统的性能直接影响了天线单元的移相速度和精度,伺服电机既要实现快速精确定位,又要保证不同天线单元转动过程的严格同步。微小型无刷直流电机具有体积小、重量轻、功率密度高、线性控制能力强等优点,研究适用于天线单元控制的微小型无刷直流电机控
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机械相控阵列天线采用螺旋天线作为辐射单元,使用微型电机等驱动设备与螺旋天线单元相连,通过电机的机械旋转实现天线单元辐射相位的改变,从而实现天线波束的扫描与控制。电机控制系统的性能直接影响了天线单元的移相速度和精度,伺服电机既要实现快速精确定位,又要保证不同天线单元转动过程的严格同步。微小型无刷直流电机具有体积小、重量轻、功率密度高、线性控制能力强等优点,研究适用于天线单元控制的微小型无刷直流电机控制系统具有重要意义。本文基于三闭环控制系统模型构建了无刷直流电机位置过程控制系统,速度环采用了改进的二阶滑模超螺旋算法以提高鲁棒性和响应性能,位置环设计了结合速度剖面控制策略的PID控制器以实现对电机转动过程中的位置控制。在仿真软件平台建立了系统仿真模型,仿真结果表明本文改进的速度环二阶滑模超螺旋算法相比传统超螺旋算法具有更小的稳态抖振与更强的鲁棒性,位置环速度剖面PID控制器能够较好地实现无刷直流电机的位置过程控制。在FPGA中构建了无刷直流电机控制IP核,将控制系统运算流程设计为各功能子模块,包括SPI模块、QEP模块、坐标变换模块、Cordic算法模块、电流环PI模块、SVPWM模块、PSS＿STA模块和VP＿PID模块等,对各模块的原理与设计方法进行了介绍,并基于Modelsim平台对其进行了功能验证。最后构建了无刷直流电机控制系统实验平台,验证了功能模块设计的正确性,对系统的控制性能进行了实验验证。实验结果表明,本文构建的无刷直流电机位置控制系统中各环路控制器具有较好的控制性能,能够实现对电机的位置过程控制。电机驱动天线单元时可在50ms转过180°内任意目标位置,响应过程基本无超调,与S形位置曲线的实时误差不超过±3°,到达目标位置后稳态残余振荡小于2°,控制精度较高。
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