船载通信天线控制系统的稳定性设计

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。

2．3 工程应用

　　2．3．1 安装与测量

　　采用3个速率陀螺测量出因船体摇摆引起的附加在方位轴、横倾轴和俯仰轴方向的速度，用于开环补偿。

　　俯仰陀螺安装在方位转台上，敏感轴与天线的俯仰轴平行，陀螺随方位轴运动，敏感不到方位轴的旋转、俯仰轴的旋转、船体的航向速率等，它敏感的是船体的横摇、纵摇速率，如式(2)所示，可直接对俯仰轴进行开环前馈补偿。

　　分析横倾轴的扰动(式(3))和方位轴的扰动(式(4))，无法用一只陀螺直接测量到，可用间接的方法获得。用2只陀螺分别测量cosAωy+s- inAωp和ωh，根据俯仰角E用数学的方法得到式(3)和式(4)。这样，测量ωh分量的速率陀螺安装在方位底座(不随方位轴转动)，其敏感轴与方位轴平行，输出主要为船体的航向速率信息。测量cosAωy+sinAωp分量的速率陀螺安装在方位转盘上(随方位轴转动)，其敏感轴与横倾轴平行。

　　2．3．2 测试与分析

　　某船载三轴天线控制系统采用抗扰动设计。在海上进行摇摆实验，在典型海况参数(摇摆振幅±6°，摇摆周期12s)下。天线指向卫星自跟踪，转动船的航向，使船升摇时测量俯仰轴的船摇隔离度。这时天线方位角转至90°或270°；测量横倾轴的船摇隔离度，使天线方位角转至0°或180°。隔离度测试结果如图 3所示。图中，曲线系列1表示加前馈跟踪数据；曲线系列2表示无前馈跟踪数据。测试结果为：船摇隔离度为46．4 dB；跟踪精度为0．031°。由以上数据分析，可以得出开环补偿方案完全满足系统设计的性能指标要求。

　　3 结束语

　　前馈补偿并未改变原闭环系统的极点和闭环零点。因此，不会影响系统的伺服带宽和稳定性。工程使用时融合了前馈补偿和反馈控制的应用，在保证功能、性能的同时，简化系统、提高设备的可靠性和使用寿命，实际使用效果显著。