[發明專利]基于結構與控制相集成的雷達天線伺服系統設計方法

有效

• 申請號: 201010214615.6
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN101887240A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 段寶巖;李素蘭;黃進;張逸群
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G05B17/00
• 分類號: G05B17/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于天線技術領域，特別涉及雷達天線伺服系統的設計方法，用于指導雷達天線伺服系統的設計。

背景技術

雷達是一種利用它自身所發射的無線電波來探測目標的設備。其基本原理是這樣的：雷達的發射機產生一種強功率的無線電波，經方向性極好的天線輻射到空間，這種無線電波如果遇到目標，例如飛機就會被目標反射，如果能夠接受這種被反射的回波，并根據其回波的特性，便可判斷目標的位置和其他參數。為了使輻射的無線電波照射到目標，并接受到目標的回波，必須在搜索到目標以后，自動的跟蹤目標。而搜索目標和自動跟蹤目標就是借助于雷達天線伺服系統來實現的。

雷達的指向精度與快響應取決于雷達天線伺服系統的設計水平，而伺服系統的設計包括兩部分：結構設計與控制設計。結構設計的水平將影響到控制性能的實現，如伺服控制帶寬的實現依賴于結構固有頻率。反過來，控制又會影響到結構的設計，如天線伺服系統中驅動力的大小將影響天線座結構的設計。

而傳統的雷達天線伺服系統設計卻是結構設計和控制設計相分離的，即單獨設計機械結構和控制系統，再進行調校以達到要求的指標。實際上雷達天線伺服系統中結構和控制卻是相互耦合的，尤其在高性能跟蹤中，二者的耦合非常緊密。如果在控制設計時未能充分考慮伺服結構的特性，將導致伺服跟蹤性能降低，甚至無法達到要求的性能指標；另一方面，在結構設計時如未能充分考慮控制作用，就不能得到最優設計，甚至無法設計出滿足性能要求的結構。這種分離設計方法導致產品研制的周期長、成本高、性能差、結構笨重。因此，為實現雷達天線“看得準”與“看得清”的目標要求，其伺服系統的結構與控制必須進行集成設計。例如：Kamal?Y.T.Modeling，design?and?controlintegration：a?necessary?step?in?Mechatronics.IEEE/ASME?Trans.Mechatronics，1996，1(1)：29-37中對機電系統集成設計的必要性進行了很好的闡述；Fathy，H.K.；Reyer，J.A.；Papalambros，P.Y.；Ulsoy，A.G.，On?the?coupling?between?the?plant?and?controlleroptimization?problems，Proceedings?of?the?American?Control?Conference，2001，v?3，p1864-1869通過數值、實驗及理論對耦合進行了研究，并對其進行了量化，指出由于耦合的存在使順序的求解方法不能達到系統級的最優。

目前，在國內外最常用的結構與控制的集成設計方法有如下幾種：

(1)J.Onoda?and?Rapphael?T.Haftka，A?approach?to?structure/control?simultaneousoptimization?for?large?flexible?spacecraft，AIAA，1987，25：1133-113提出了一種基于實際目標函數和約束的大型太空系統結構與控制的同步優化設計方法；H.Yamakawa，Aunified?method?for?combined?structural?and?control?optimization?of?nonlinear?mechanical?andstructural?systems，Int.J.Computer?Aided?Optimum?Design?of?Structures，1989，287-298針對非線性結構的結構控制組合優化問題提供了一種步進集成技術。

(2)Reyer?J?A，Papalambros?P?Y.Combined?optimal?design?and?control?with?applicationto?an?electric?DC?motor.Transactions?of?the?ASME，Int.J.Mechanical?design，2002，124(6)：183-191研究了直流電機的結構與控制的集成設計問題。