【正文】 位于遠(yuǎn)處的輸出軸，實現(xiàn)遠(yuǎn)距同步傳動。伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。又稱隨動系統(tǒng)。地球站的功能是以最佳的性價比和可靠的方式，從衛(wèi)星接收信息或向衛(wèi)星發(fā)送信息，同時保持要求的信號質(zhì)量。第二章 衛(wèi)星通信地球站伺服系統(tǒng)總體方案設(shè)計 衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間分系統(tǒng)、通信地球站、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)等4大功能部分組成。研究開發(fā)這種系統(tǒng)的成本和難度也相對較高，因此使用這種系統(tǒng)的費用也是不菲。由于姿態(tài)敏感元件的技術(shù)難度大，成本較高，涉及的技術(shù)領(lǐng)域眾多，技術(shù)實現(xiàn)難度很大，致使該項技術(shù)的研究比國外落后很多。其產(chǎn)品主要采用陀螺穩(wěn)定技術(shù)、實現(xiàn)完全自動對準(zhǔn)，并可以切換到不同軌道上的第二顆衛(wèi)星，使用者能夠在本地頻道與付費頻道之間自由切換。 國內(nèi)外研究狀況國外對于這一項技術(shù)的研究起步較早，技術(shù)相對成熟，且在海事、陸地及航空領(lǐng)域均有覆蓋?！皠又型ā奔催\動中的通信方式，以這種方式通信為主的船載、車載窄波束天線跟蹤系統(tǒng)，能夠克服載體在運動過程中給天線帶來的擾動，實現(xiàn)對星的穩(wěn)定度和精確度，保證移動中的通信質(zhì)量。由于人類活動的日益進步，人們已經(jīng)不再滿足只能在一個固定的地方進行通信，開始追求移動的通信方式，因此人們開始在人口密集的地區(qū)開始架設(shè)基站，覆蓋無線信號，這樣便可以通過手機、筆記本等移動設(shè)備進行通信與獲取信息。衛(wèi)星通信的特點是：通信范圍大；只要在衛(wèi)星發(fā)射的電波所覆蓋的范圍內(nèi)，從任何兩點之間都可進行通信；不易受陸地災(zāi)害的影響（可靠性高）；只要設(shè)置地球站電路即可開通（開通電路迅速）；同時可在多處接收，能經(jīng)濟地實現(xiàn)廣播、多址通信（多址特點）；電路設(shè)置非常靈活，可隨時分散過于集中的話務(wù)量；同一信道可用于不同方向或不同區(qū)間（多址聯(lián)接）。 dynamic servo。關(guān)鍵疑難技術(shù)則包括PID控制和圓錐掃描兩種。因此，研制具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、性能穩(wěn)定、成本低廉的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)成為需要迫切解決的一項課題。而衛(wèi)星通信以其獨到的優(yōu)勢和越來越成熟的技術(shù)，正逐步融入人們的生活中。移動衛(wèi)星通信技術(shù)以及自動控制技術(shù)的日趨完善，人們對移動中通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)、語音、圖像等通信服務(wù)需求越來越大。本文描述了衛(wèi)星通信地球站隨動伺服系統(tǒng)的總體設(shè)計。關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；地球站；伺服；PID算法；圓錐掃描ABSTRACTIn this era of information explosion, munication technology has bee a society that it can not be missing technology. The unique advantages of satellite munications for its more mature technology are gradually integrated into people39。 PID Algorithm。自1957年前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，人造衛(wèi)星即被廣泛應(yīng)用于通信，廣播，電視等領(lǐng)域。但是由于成本跟條件的限制，這樣的措施在一些人煙稀少的地區(qū)或者甚至海上便不能實現(xiàn)。隨著軍用和民用衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，運動載體實現(xiàn)與衛(wèi)星實時數(shù)據(jù)交換將會變得越來越普遍。其中有代表性的是海事領(lǐng)域的“動中通”提供商美國Sea Tel公司、KVH工業(yè)公司和ORBIT技術(shù)公司，陸地領(lǐng)域的TracStar和RaySat，航空領(lǐng)域的Rantec和Starling等。目前，國內(nèi)從事衛(wèi)星通信系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的單位有國防科技大學(xué)、原重慶巴山儀器廠、四川壓電與聲光研究所、與韓國WiWorld公司合作的北京賽錦諾公司等。我國國產(chǎn)的衛(wèi)星和地球站存在著性能差和市場占有率低等差距，國外大公司的產(chǎn)品幾乎壟斷了我國衛(wèi)星通信市場，這不僅嚴(yán)重阻礙了我國衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且對我國的通信安全構(gòu)成了極大的威脅。在技術(shù)上受國外限制，售后也相當(dāng)麻煩。跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制其準(zhǔn)確進入靜止軌道上的指定位置，并對在軌衛(wèi)星的軌道、位置及姿態(tài)進行監(jiān)視和校正。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)要求，地球站可以同時具有發(fā)送和接收能力，也可以只有發(fā)送和接收能力。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)最初用于船舶的自動駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來逐漸推廣到很多領(lǐng)域，特別是自動車床、天線位置控制、導(dǎo)彈和飛船的制導(dǎo)等。（3）使輸出機械位移精確地跟蹤電信號，如記錄和指示儀表等。伺服系統(tǒng)的帶寬主要受控制對象和執(zhí)行機構(gòu)的慣性的限制。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測量元件的精度。通過減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測角線路稱精讀數(shù)通道，直接取自轉(zhuǎn)軸的測角線路稱粗讀數(shù)通道。模塊化、數(shù)字化、高精度、長壽命的器件每隔3～5年就有更新?lián)Q代的產(chǎn)品面市。要求系統(tǒng)精確地跟蹤控制指令、實現(xiàn)理想運動控制過程一般稱為，“伺服控制技術(shù)”。捕獲到衛(wèi)星后，再根據(jù)波束圓錐掃描輸出誤差信號對天線作閉環(huán)跟蹤補償，對衛(wèi)星進行持續(xù)跟蹤。 基于不同載體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成隨著衛(wèi)星特性指標(biāo)的提高使得衛(wèi)星移動通信的天線尺寸不斷下降。前期的移動通信設(shè)備都是可搬移的或方便搬移的設(shè)備，分為兩種。這種工作方式可稱為“快速通”。由于車載站地址不固定,每到一個地點需要重新對星建立信道鏈接,加之目前車載衛(wèi)星站為了實現(xiàn)天線小型化，一般使用Ku波段通信，天線方向圖比較尖銳，對星難度比C波段大，而車載衛(wèi)星站所擔(dān)負(fù)的又常常是對時效性要求較高的通信任務(wù)，因此快速準(zhǔn)確地對星就成為衡量車載衛(wèi)星站應(yīng)用性能的重要指標(biāo)之一。該車載站非常適合部隊、野外作業(yè)及流動單位使用。在需要撤收天線時，控制系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)參數(shù)按照相反的過程自動完成天線收起的過程。如圖22所示。在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中，采用圓錐滾子軸承支撐，這種結(jié)構(gòu)既減小了旋轉(zhuǎn)摩擦力，而且有利于整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。具體的系統(tǒng)框圖如圖23所示。車體的姿態(tài)信息在車子停穩(wěn)，打開天線系統(tǒng)后采集并輸送到控制單元，作為下一步控制的依據(jù)。實際工作中由于對方位的判斷是依據(jù)磁北，而磁北與真北之間的磁偏角隨時間和地理位置會有一定變化，可以根據(jù)地磁圖采用劃區(qū)查表的方法獲得。對星完成后，控制軟件記錄衛(wèi)星天線在架設(shè)時方位和俯仰上實際轉(zhuǎn)動的角度作為天線收起時電機轉(zhuǎn)角的依據(jù)。（3）結(jié)論文中采用電子羅盤、位置傳感器等先進傳感器裝置，利用單片機系統(tǒng)優(yōu)良的控制功能，設(shè)計了全自動車載衛(wèi)星天線控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了Ku波段衛(wèi)星車載天線在無專業(yè)儀器和專業(yè)人員的條件下的全自動對星。將船只在航行時產(chǎn)生的搖擺分解成橫搖（船只橫向的搖擺）、縱搖（船只前后的搖擺）、艏搖（船只航向的變化）和升沉，在艦船移動時衛(wèi)星天線跟蹤系統(tǒng)的平臺基準(zhǔn)線會在方位、俯仰和橫滾三個方向上發(fā)生偏移，船載伺服設(shè)備最重要的特性是能夠隔離船只的搖擺。同時，為克服僅僅靠陀螺自身穩(wěn)定難以滿足衛(wèi)星通信對跟蹤精度要求的問題，采取了在陀螺穩(wěn)定的基礎(chǔ)上配以水平儀實時校正和饋源電平信號步進跟蹤來達(dá)到高精度穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星的目的。圖中，天線指向角。 天線控制器由于地面的顛簸，移動衛(wèi)星通信天線跟蹤系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)功能上講可分為穩(wěn)定（補償）系統(tǒng)和自動捕獲跟蹤系統(tǒng)兩大部分。要使這種載體上的天線始終對準(zhǔn)衛(wèi)星，就必需使天線的指向不受載體姿態(tài)變化的影響，也即對天線進行穩(wěn)定。圖31 移動衛(wèi)星天線跟蹤典型原理圖整個地球站系統(tǒng)包括上下位機兩部分，因此這兩部分之間的數(shù)據(jù)交換是關(guān)系雙方能否協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵。串行通信有三種標(biāo)準(zhǔn)：RS23RS42RS485。當(dāng)然，RS422也有缺陷：因為其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，所以在100kbps速率以內(nèi)，傳輸距離才可能達(dá)到最大值，也就是說，只有在很短的距離下才能獲得最高傳輸速率。衛(wèi)星的信標(biāo)信號是由衛(wèi)星上發(fā)射的一個頻率和幅度都固定的信號，主要用于衛(wèi)星上行地球站的天線對星和自動跟蹤。本系統(tǒng)采用的信標(biāo)接收機為南京寬超通信技術(shù)有限公司生產(chǎn)的KCXBR505，該型號接收機集成度很高，體積很小，尺寸最小可僅為50*50*26(mm)，其性能指標(biāo)具體如下所示：工作頻率： 950～1750MHz幅度穩(wěn)定性： 捕獲時間： 100ms捕獲帶寬： 50kHz，100kHz，250kHz可選（或根據(jù)用戶需要設(shè)定）調(diào)諧精度： 100Hz動態(tài)范圍： 100～40dBm輸出直流電平斜率： 最大可2dB/V（根據(jù)用戶需要設(shè)定）輸出直流電平： 010V（或根據(jù)用戶需要設(shè)定）可模擬與數(shù)字輸出調(diào)諧控制輸入： 根據(jù)客戶的需求對控制方式可變控制控制信號及電源接口形式：DB9（或者根據(jù)客戶需求改變接口形式）射頻輸入接口： SMA（或根據(jù)用戶需求）輸出接口： 直流電平，DB9中1引腳（可從串口數(shù)字輸出）最大功耗： ≤3W工作電源電壓： +12～+24V工作溫度： 40～+80176。然而當(dāng)電機的頻率高于空載啟動頻率時，容易造成步進電機的失步，甚至無法正常工作。無刷直流電機應(yīng)用于天線系統(tǒng)，可以實現(xiàn)天線的連續(xù)控制，從而提高跟蹤精度。其性能參數(shù)如表32所示。%機械角度： 1800176。其性能指標(biāo)如表33所示。零位偏差mV177。1啟動時間s功耗mA50輸出阻抗ohm100 電子羅盤對于天線姿態(tài)，主要是獲取到天線的實際俯仰角和方位角，姿態(tài)傳感器安裝在天線系統(tǒng)上就可以不用考慮車體的姿態(tài)，簡化系統(tǒng)設(shè)計。該產(chǎn)品精度高，運行平穩(wěn)，動態(tài)平衡調(diào)整，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸抗干擾能力強,并具有標(biāo)定及越限報警的功能，其輸出波頻率可調(diào)，可選擇連續(xù)輸出及詢問輸出方式,同時具有安裝角和磁偏角補償功能。的二進制數(shù)，數(shù)據(jù)的高7位為0，低9位為數(shù)據(jù)，共占用2字節(jié)；安裝角:磁偏角為0176。的二進制數(shù)。對于車載天線通訊系統(tǒng)而言，當(dāng)天線開始對星時，天線是在360176。由于我國地處赤道以北，因此，在公式(33)中還應(yīng)加180176。采用VTI公司的SCA100T系列芯片。90度；輸出靈敏度4V/g或2V/g；模擬量輸出和11為數(shù)字量輸出；AD轉(zhuǎn)換時間150uS；內(nèi)置溫度傳感器和溫度補償；數(shù)字激活內(nèi)部故障自測試；長期穩(wěn)定性高；噪聲低，工作溫度范圍寬（40℃～+125℃）可承受超過20000g的機械沖擊。傳統(tǒng)的PID控制主要是控制具有確定模型的線性過程，而實際上無刷直流電機伺服控制系統(tǒng)是多變量、非線性、強耦合的事變系統(tǒng)，常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器在其高精度的伺服控制要求場合很難達(dá)到規(guī)定的性能指標(biāo)。比例控制器能迅速反應(yīng)誤差，從而減少誤差；但比例控制器不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。微分控制器可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。位置式PID控制算法描述為： （41）式（41）中：k=0，1，2......為采樣序號；u(k)為第k次采樣時刻的計算機輸出值；e (k) 為第k次采樣時刻輸入的偏差值；置K=T/T為積分系數(shù)；=T/T為微分系數(shù)；為比例系數(shù)；T為積分時間常數(shù)；T為微分時間常數(shù)；T為采樣周期。另一方面，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和專家控制是目前智能控制中最為活躍的領(lǐng)域，它與常規(guī)PID控制相結(jié)合，揚長避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，形成所謂智能PID控制因此，在實際應(yīng)用中，通常采用一些改進算法，如積分分離算法、不完全微分PID控制算法、帶死區(qū)地PID控制和抗積分飽和PID控制算