雷達天線車液壓升降系統同步控制仿真研究

凌軒，王旭東，陳賽克

(仲愷農業工程學院機電工程學院，廣東廣州 510225)

雷達天線車液壓升降系統同步控制仿真研究

凌軒，王旭東，陳賽克

(仲愷農業工程學院機電工程學院，廣東廣州 510225)

雷達天線車自動調平系統是雷達的一個重要組成部分，對提高雷達的測量性能和機動能力起著決定性作用。為了解雷達車電液升降系統的同步協調特性，采用MATLAB和Simulink軟件建立了系統調平模型并進行了仿真研究。為消除電液調平系統液壓缸參數制造誤差、各通道負載不均衡等對同步控制精度的影響，設計了定量反饋控制 (QFT)同步調平控制器來提高傾角調平精度。仿真結果表明:設計的調平控制器具有良好的同步精度和快捷的響應速度，能驅動調平仿真臺快速、穩定地運動。

雷達天線車;仿真;同步協調特性;定量反饋控制

在現代高技術戰爭中，雷達正發揮著越來越重要的作用。雷達在正常工作前必須要調平，據文獻報道調平過程要占雷達工作時間的1/3，因此研究縮短雷達調平時間和增加雷達機動性的方法具有重要意義［1－3］。隨著液壓傳動技術在現代雷達天線車架設和撤收系統中的廣泛應用，對雷達天線陣面液壓升降系統的同步性能也提出了更高的要求。雷達天線陣面兩側液壓升降系統動態特性的不一致，是升降系統不同步的重要因素［4－7］。作者應用液壓伺服控制技術來裝備和改造現有系統，并利用MATLAB和Simulink仿真軟件對雷達天線車液壓升降系統的同步協調控制特性進行相關仿真分析，為實際升降系統的同步控制提供參考。

1 雷達車液壓升降系統工作原理

1.1 液壓升降系統工作原理

雷達車液壓升降系統原理如圖1所示。

圖1 電液伺服調平系統結構圖

油泵4為伺服缸10和伺服閥8提供驅動油源，然后驅動這些伺服缸運動到所需位置。伺服缸位移被位移傳感器LVDT 9實時檢測并輸入到工控機12進行處理。工控機對輸入信號和給定信號進行比較并產生系統控制信號通過D/A口驅動伺服閥完成調平過程。壓力傳感器11能檢測平臺各支腿位移。

為了消除工作地面不平整和在重壓之下的下陷等影響，兩側升降裝置的液壓缸是完全獨立的，以滿足平臺兩側傾角調平需要，保證座車水平。

1.2 液壓調平控制方法

選用傾角誤差控制調平法，如圖2，主要原理是通過4個伺服油缸的運動直接控制傾斜角。方法為:調平時首先同時調節兩個支點至一個水平方向，然后再同時調節另外兩個支點至水平。兩個傾角α、β中，通常先讓角度大的減少，并保持最高點不動。如圖2所示的雷達天線車液壓平臺，設α、β分別為平臺x軸和y軸的傾角，δ是設定的調平精度，可編制出調平算法為:當β＞δ時，支腿A、D同時上升;當β＜－δ時，支腿B、C同時上升;當β＜

δ∩α＞δ時，支腿C、D同時上升;當β＜|δ|∩α＜－δ時，支腿A、B同時上升。其中，±δ為設定的傾角誤差范圍。采用角度調平法易于實現計算機自動控制，調平精度較高，對平臺結構在調平過程中造成的“傷害”最小，調平過程較平穩，震動小。傾角誤差控制調平法的優點是協調性好，算法簡單，很好地繞過復雜的解耦計算;缺點是調節時間稍長，可能會遇到“虛腿”問題，同時因為獨立調整兩個方向時會影響另一方向的水平度。當采用傾角調平時，為了解決“虛腿”問題，必須盡量保證兩個支腿的位移和速度一致，即有同步要求。如果兩條支腿的速度不同，會導致平臺不斷震蕩調平，影響調平精度，甚至會引起傾覆，這是不希望看到的。

圖2 雷達車調平仿真臺結構圖

2 雷達車傾角調平仿真

2.1 雷達車液壓調平仿真分析

如果電液伺服系統各個通道的性能參數完全一樣，那么各液壓缸的位移就完全一樣，不會有同步誤差產生。但實際系統中由于存在負載不均衡、摩擦阻力、液壓缸泄漏量的不同、空氣的混入和制造誤差等因素，都會影響同步精度。

為了考查液壓調平升降系統的同步協調性能，應用MATLAB的SimMechanics工具箱建立物理仿真分析模型，如圖3所示。模型搭建好后，取a=1 m，b=1 m，h=0.5 m建立雷達車4點支撐調平臺物理模型如圖4。仿真中模擬實際升降過程中液壓缸所受負載不同及摩擦系數不同，液壓缸1負載為4 700 N，黏性摩擦系數3 000 N/(m/s);液壓缸2負載設為5 000 N，黏性摩擦系數6 000 N/(m/s)。得到兩個伺服缸位移變化曲線如圖5所示。

圖3 雷達車調平臺SimMechanics仿真模型

圖4 雷達車四點支撐調平臺物理模型

圖5 平臺調平過程中支腿位移變化曲線

由仿真曲線可以看出，受力大、黏性摩擦系數大的液壓缸伸縮速度要慢些。由于兩個液壓缸的位移、速度不同，易導致天線陣面傾斜，嚴重時設備甚至不能正常工作，因此有必要采取同步控制策略。

2.2 雷達車液壓調平控制系統建模及仿真

雷達天線車液壓升降同步控制系統屬于一種電液伺服閉環同步控制系統，作者設計了一種二缸主從位置同步系統，如圖6所示:把液壓缸1作為主液壓缸，液壓缸2作為從液壓缸，以液壓缸1的輸出y1為理想輸出，液壓缸2的輸出y2受到控制來跟蹤這一選定的理想輸出。

圖6 傾角調平QFT同步控制器模型

為了達到y2很好地跟蹤y1的效果，關鍵在于位置控制器設計的好壞。由于電液伺服調平系統自身的特點，采用常規的數字PID控制器很難達到良好的效果。作者提出采用定量反饋 (QFT)同步調平控制器來解決由于液壓元件制造誤差、通道負載不均衡等影響同步精度等問題，具體設計方法可參考文獻 ［8］，最終設計結果見公式(1)—(3):

圖7為采用定量反饋同步調平控制兩個液壓缸位移的仿真曲線圖。可以看出:加了同步誤差補償后，兩缸的最大位移誤差僅為1.8 mm，該控制器有比較好的同步精度。傾角調平仿真曲線如圖8所示，可以看出:平臺先使傾斜較大的x軸水平后，再使y軸達到水平。平臺基本上是在不同時間內只繞一個邊轉動，調平精度可達5'以內，滿足系統設計要求。

圖7 帶同步誤差補償跟蹤位移輸出曲線

圖8 雷達天線車傾角調平曲線

3 結論

對雷達天線車液壓升降系統的同步控制進行了仿真分析。由于存在負載不均衡、摩擦阻力、液壓缸泄漏量的不同、空氣的混入和制造誤差等因素，都會影響同步精度，因此有必要采取同步控制策略。仿真結果表明:應用作者設計的定量反饋同步調平控制器能大大提高天線液壓升降系統的同步性能，明顯改善雷達天線車的架設和撤收性能。

【1】馮天麟，唐曉群.塔架式高機動雷達天線車的研究［J］.電子機械工程，2004(4):19－21.

【2】李小波，孫志勇.雷達天線自動調平系統的設計與實現［J］.現代雷達，2006，28(7):74－76.

【3】倪江生，翟羽健.雷達天線車座調平問題的研究［J］.測控技術，1994，13(4):36 －39.

【4】梅志松，焦曉紅，劉曉飛.雙缸電液提升系統的魯棒輸出反饋同步控制［J］.機床與液壓，2011，39(19):10 －15.

【5】姜浩，劉衍聰，張彥廷，等.浮式鉆井平臺升沉模擬系統設計［J］.機床與液壓，2012，40(1):92－95.

【6】凌軒，曹樹平，朱玉泉，等.基于模糊自適應控制的四點支承液壓平臺自動調平方法［J］.機床與液壓，2007，35(11):84－86.

【7】LING Xuan，LIXiaohui，ZHU Yuquan，et al.Adaptive Fuzzy Sliding Mode Control of Automatic Leveling Mechanism for Radar Antenna Truck［C］//Proceedings of the5th International Symposium on Fluid Power Transmission and Control，Beidaihe，China，2007.

【8】LING Xuan，LIXiaohui，ZHU Yuquan，et al.QFTRobust Control Combined on ZPETC for Radar Truck Leveling Simulator［J］.Jounal of Shanghai University，2009，13(5):384－390.

Simulation Analysis of Synchronization Control of Hydraulic Lift System for Radar Antenna Truck

LING Xuan，WANG Xudong，CHEN Saike
(College of Mechanical＆ Electrical Engineering，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou Guangdong 510225，China)

Radar leveling system is the key equipment for improving radarmobility and survival capability.Simulationswere carried out to study synchronization capability of hydraulic lift system of radar antenna truck by using MATLAB and Simulink.To eliminate the influence of the manufacturing errors of cylinders and load disturbance on the synchronization control precision，the QFT(quantitative feedback theory)leveling controller was put forward.Simulation results demonstrate the designed controller has high synchronization accuracy and fast dynamic response aswell as stability.The leveling controller can drive the radar truck leveling platform accurately，quickly and stably.

Radar antenna truck;Simulations;Synchronization capability;QFT

TH137

A

1001－3881(2013)8－081－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.08.029

2012－02－05

凌軒 (1974—)，博士，講師，主要從事自動伺服控制方面的研究工作。E－mail:mysoar@163.com。