船载通信天线系统的抗扰乱设计

2 抗扰动设计

船摇扰动是作为一种干扰信号引入伺服系统，稳定控制的原理就是检测这种干扰，采取闭环或开环方式降低或消除其影响。扰动隔离方法主要有：速率陀螺前馈补偿、速率陀螺反馈控制、复合控制等方法。由于陀螺闭环控制本质上是误差调整方式。陀螺测量出的是综合扰动信息，无法区分扰动信息分量和随动信息分量。所以陀螺环路在对扰动信息进行抑制的同时，也对天线的主动运动进行动态抑制，降低了系统的响应速度，同时使系统的稳定性变差。相对而言，前馈补偿是开环调整方式，测量出的就是扰动信息，把此信息加入速度环的输入端，使天线轴以与船摇相反的速度转动，起到补偿作用。同时，由于不改变跟踪环路的结构和参数，使系统的带宽不受影响、环路的稳定性好。

2.1 补偿原理

前馈补偿的方法是使天线向与扰动相反的方向转动，以克服扰动的影响。依据上述三维扰动在天线三轴上的反映，合理设计陀螺的安装位置，使之感应出船摇引起的天线三轴相对于惯性空间的运动速度，把这种运动速度作为对天线的扰动，加入速度环的输入端，使天线轴转动与船摇方向相反、大小相等的速度量，起到抑制作用。

2.2 控制实现

天线跟踪设备的三轴稳定控制采用测速机作为速度反馈，编码器作为位置反馈，并将船摇扰动经速率陀螺检测前馈于速度回路。工作原理框图如图2所示。

图2中，K1W1为位置回路校正控制传递函数;K2W2为速度回路闭环传递函数，F(S)为补偿通道传递函数，系统传递函数为：

由式(8)可知：回路跟随能力是由项

决定，而船摇扰动消除能力由项

决定。从第二项可以看出消除船摇扰动的电机驱动角速度量由两部分组成，一是惯性空间中视轴被扰动的当前角速度(目标静止)。二是由补偿回路给出的当前时刻扰动量通过速度回路给出的电机驱动角速度。

依据完全不变性原理，当(1+F(S)K2W2)ωf，即F(s)=-1/K2W2时，实现对船摇扰动的完全隔离，即满足这个条件时，不论扰动量ωf为多大，对输出无影响。可是，速度回路K2W2中含有积分环节、惯性环节、二阶环节，如果要实现完全的不变性，必然F(S)中要具有许多个微分环节，这样 F(S)的输出将充满噪声，使系统根本无法工作。但是实现局部的不变性是可能的。即用低阶微分代替高阶微分，并使其系数满足某种条件，从而满足系统精度的要求。

实际使用中，合理选择前馈补偿系数，使前馈回路最大化的消除当前扰动，在此基础上结合环路的跟随能力，有效的消除视轴的偏差，实现高精度跟踪。因此，前馈回路起到粗调节的作用，而位置跟踪回路则可称为精调节。

来源：21IC电子网