高功率微波相控阵天线伺服系统的设计与实现

高宁波; 姚红萍; 刘朝阳; 申浩锋; 田伟强; 高国华

doi:10.11884/HPLPB201830.180018

高功率微波相控阵天线伺服系统的设计与实现

doi: 10.11884/HPLPB201830.180018

中国电子科技集团公司第二十七研究所, 郑州 450047

详细信息

作者简介:
高宁波(1976－), 男，工程硕士，从事高功率微波伺服控制系统研究；ningbo633@126.com

中图分类号: TP273
计量
- 文章访问数: 1134
- HTML全文浏览量: 220
- PDF下载量: 204
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2018-01-16
- 修回日期: 2018-04-02
- 刊出日期: 2018-09-15

Design and realization of servo system for phased array antenna of high power microwave

The 27th Research Institute of CETC, Zhengzhou 450047, China

摘要

摘要: 在某高功率微波系统中，通过控制多路移相器的位置，来达到对微波波束的精确控制。在伺服控制系统的设计中，为了解决强电磁场对伺服系统的干扰与破坏，在设计时从控制系统方案设计、系统组成、移相器单元设计、位置传感器设计、位置环路设计、电路板设计、机箱设计、传输线缆等方面进行严格的针对性设计与处理。设计过程中，对关键器件与部件进行现场试验进行方案验证与选择。最终，在高功率微波系统对目标进行连续辐射的实测中，工作稳定可靠，控制系统对多路移相器的定位精度达到0.1 mm，达到了预期的效果。
- 伺服控制 /
- 步进电机 /
- 位置环路 /
- 波束控制精度 /
- 移相器
Abstract: In a high power microwave system, the precise control of the microwave beam is achieved by controlling the position of the multichannel phase shifter. In the design of servo control system, in order to reduce the interference and damage of the strong electromagnetic field to the servo system, the control system conceptual design, phase shifter design, position sensor design, position loop design, circuit board design, chassis design, transmission cable and other aspects are strictly executed and handled. During the design process, field experiments were carried out for the verification and selection of the key components. Consequently, the high-power microwave system is stable and reliable, and the beam control achieves the expected precision (0.1 mm) in a test of continuous radiation on the target.
- servo control /
- stepping motor /
- position loop /
- control accuracy of beam /
- phase shifter

HTML全文

图 1 伺服系统组成原理

Figure 1. Constitute principle of servo system

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 系统工作流程

Figure 2. System workflow

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 单路移相器控制单元设计方案

Figure 3. Design of single phase shifter control unit

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 方位波控子系统单路移相器结构示意图

Figure 4. Structure diagram of single-channel phase shifter

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 电压跟随器电路

Figure 5. Voltage follower circuit

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 CAN总线接口电路

Figure 6. CAN-bus interface circuit

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 变压器转换电路

Figure 7. Transformer conversion circuit

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 位置环控制框图

Figure 8. Block diagram of position loop control

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 伺服控制机箱与移相器单元整体布局装置图

Figure 9. Overall layout o the control cabinet and phase shifter unit

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 10 20路移相器位置定位精度

Figure 10. Positioning accuracy of 20-channel phase shifter

下载: 全尺寸图片幻灯片

参考文献(10)

[1]	王邦继, 刘庆想, 张政权, 等. 机械相控阵列天线的电机控制系统设计[J]. 强激光与粒子束, 2012, 23(11): 3123-3126. http://www.hplpb.com.cn/article/id/5511 Wang Bangji, Liu Qingxiang, Zhang Zhengquan, et al. Design of motor control system for mechanical phased array antenna. High Power Laser and Particle Beams, 2012, 23(11): 3123-3126 http://www.hplpb.com.cn/article/id/5511
[2]	周磊, 刘庆想, 李相强, 等. 用于阵列天线连续跟踪的步进电机控制器IP核设计[J]. 强激光与粒子束, 2011, 23(11): 3099-3102. http://www.hplpb.com.cn/article/id/5501 Zhou Lei, Liu Qingxiang, Li Xiangqiang, et al. Design of stepping motor control IP core for array antenna successive scanning. High Power Laser and Particle Beams, 2011, 23(11): 3099-3102 http://www.hplpb.com.cn/article/id/5501
[3]	周一飞, 刘庆想, 李相强, 等. 螺旋天线步进电机控制系统仿真及运行曲线优化[J]. 强激光与粒子束, 2014, 26: 063020. doi: 10.11884/HPLPB201426.063020 Zhou Yifei, Liu Qingxiang, Li Xiangqiang, et al. Simulation of helical antenna stepper motor control system and optimization of running curve. High Power Laser and Particle Beams, 2014, 26: 063020 doi: 10.11884/HPLPB201426.063020
[4]	王邦继, 刘庆想, 周磊, 等. FPGA在多轴步进电机控制器中的应用[J]. 电机与控制学报, 2012, 16(3): 78-82. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DJKZ201203014.htm Wang Bangji, Liu Qing-xiang, Zhou Lei, et al. FPGA-based multiple-axis stepper motor controller. Electric Machines and Control, 2012, 16(3): 78-82 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DJKZ201203014.htm
[5]	程树康, 刘宝廷, 宋立伟, 等. 步进电动机及其驱动控制系统[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2007: 1-2. Chen Shukang, Liu Bao-ting, Song Liwei, et al. Stepper and its drive and control system. Harbin: Harbin Institute of Technology Press, 2007: 1-2
[6]	李志强, 王旭光. 基于TMS320LF2407DSP的直线步进电机速度控制的研究[J]. 伺服控制, 2011, 8(3): 34-37. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXKF201002010.htm Li Zhiqiang, Wang Xuguang. Research on speed control of line step motor based on TMS320LF2407DSP. Servo Control, 2011, 8(3): 34-37 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXKF201002010.htm
[7]	黄楚芳, 陈鸿. 步进电机加减速控制器的设计[J]. 山西电子技术, 2009, 37(1): 30-31. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SXDS200901014.htm Huang Chufang, Chen Hong. The design and implementation of acceleration/deceleration controller of stepper motor. Shanxi Electronic Technology, 2009, 37(1): 30-31 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SXDS200901014.htm
[8]	Boudjit K. Real-time digital control using DSP of a multiple motors system[J]. Journal of Electrical Systems, 2009, 10(1): 30-35.
[9]	Allegro Microsystems Inc. A3953: Full-bridge PWM motor driver[EB/OL]. Allegro Microsystems Inc, 2000. http://www.allegromicro.com/en/Products/Part_Numbers/3953/3953.pdf.
[10]	周传明, 刘国治, 刘永贵, 等. 高功率微波源[M]. 北京: 原子能出版社, 2007. Zhou Chuanming, Liu Guozhi, Liu Yonggui, et al. High-power microwave sources. Beijing: Atomic Energy Press, 2007