電調天線控制系統測量基準丟失后自同步的解決及實現

【摘要】本文介紹了電調天線控制系統測量基準丟失后自同步的解決辦法。系統工作中因掉電或步進電機失步，最終導致移相器收到錯誤的命令進行錯誤的操作，因丟失基準系統不能正常工作。本文針對系統測量基準丟失提出了一種改進方法，根據遮光器在光傳感器間的運動確定遮光滑塊的位置，電調天線控制系統上電后，依據掉電前單片機中存儲的數據，將自同步過程縮小在方波波形的一個周期內，在這個周期內能迅速進行自校準達到同步，從而解決基準丟失后的同步問題。

一、引言

機械下傾天線在偏遠站點維護效率低、成本高，目前電調天線已成規模并投入應用，因此電調天線的快速調制控制、控制精度是關鍵，在電調天線控制器的設計中，容易掉電或步進電機失步，進而導致測量基準丟失，使得電調電線控制器無法準確的調整到理想的下傾角度，降低了天線的效率。電調天線控制器的原理是用機械和電氣的辦法，通過外圍電路控制步進電機轉動，步進電機作用于移相器，移相器接收控制系統發來的控制命令，而主控電路對系統的控制主要是控制移相器的位移，根據控制器傳入信號對其運動進行監測，在系統不斷的工作中，系統會因掉電或電機失步會導致整個測量過程的基準丟失，因此需要控制器重新尋找基準。

本文首先分析系統測量基準丟失的原因，然后根據其原因找到相對應的解決辦法，在降低成本的同時使系統工作保持穩定。

二、造成系統測量基準丟失的原因

在系統監測過程中，測量過程的基準丟失后會導致控制器無法保持穩定的工作，因此必須剖析系統測量基準丟失的原因，步進電機失步的原因有很多，總體而言包括以下四類。

1.步進電機轉子的加速度比步進電機的旋轉磁場要慢，也就是說電機中轉子的力的速度慢于步進電機的旋轉磁場，然后自然而然步進電機產生失步，產生這樣的情況有可能是電機的電源產生波動，此時步進電機的轉矩跟著運行頻率轉動，并且隨著頻率的上升而降低，接著發生一些運行頻率高電機出現失步，按照這樣來說，就是步進電機轉矩的力不足，使得系統的托動力不夠。

2.步進電機轉子的旋轉的平均速度高于定子磁場的轉速，最終引起定子通電勵磁的時間較長，并且時間大于轉子步進一步所需的時間，在這段時間內轉子獲得了過多的能量，使得步進電機出現轉矩突然增大，最終導致使步進電機越步?？刂葡到y采用步進電機控制負載運行時，出現越步現象的概率大大增加，其原因就是負載在向下動作的時候，步進電機本身需要的轉矩會減小。

3.控制系統工作中因電動機攜帶負載運動時存在慣性，發出停止命令的時候，步進電機不能立即停止，發出啟動命令的時候，步進電機也不能立刻啟動，最后使得電機在該停的時候沒停下來，該啟動的時候沒及時啟動，概括來說就是啟動的時候沒跟上出現丟步，而停止的時候沒停下來出現越步。

4.步進電機運行中也會因共振引起失步，步進電機固有的頻率與外界環境的頻率達到一致的時候，容易引起共振，而電機在連續運轉時，如果控制系統的脈沖頻率恰巧與電機本身的頻率相同，立刻產生共振，而在一個控制脈沖的周期之內。如果振動幅度得不到消減，卻下一個脈沖即將來到，因此在下個脈沖來到之時會因共振產生較大的動態誤差，最終引起電機失步。

三、系統測量基準的校準辦法

系統在工作中出現失步造成了測量基準丟失，本文采用的解決方案是在電調天線控制器中加一個新的模塊，也就是在步進電機和移相器之間加入遮光滑塊，遮光滑塊在主控電機驅動板上的光電傳感器之間不停的運動，運動時對光的感應產生光信號，并將光信號送入單片機中進行處理，若單片機接收引腳的電平發生由高變低或者由低變高的變化時，則可以結合遮光滑塊的運動方向來確定滑塊的位置，因此在來電以后，系統在校準的時候可以鎖定一個方波周期內，在這個周期之內即可快速校準，遮光滑塊的設置大大縮短了校準時間，提高了系統的控制效率，具體解決辦法如下：

在控制系統增加遮光滑塊，采用的光電傳感器調節電調天線下傾角度的原理如圖1-圖3所示，圖1中L1-L7為光電傳感器，每個光電傳感器都畫有一個小圓圈，表示遮光器中光束的位置，M1-M12表示遮光滑塊在眾多光電傳感器移動時所處的位置，共設置有12個不同的位置，為了方便解釋圖中選了M2、M4、M11三個位置加以說明，從圖1中的M2的位置可以看出，這個位置是遮光片遮擋光束的臨界位置，當遮光滑塊繼續向右方向運動時，即將遮擋全部光束。

圖1 遮光滑塊在光電傳感器運動中的檢測原理

圖2 遮光滑塊即將推出遮擋時向相反方向運動

如圖2中所示M3位置，系統的工作時遮光滑塊繼續向右運動到即將退出遮擋光束，遮光滑塊開始向左運動將進入遮擋。

經單片機電路處理后，將光電傳感器信號轉換為一方波，如圖3所示，M1-M12為遮光滑塊運動時，需要通過光電傳感器組中的12個基準位置，這12個基準位置出現了高電平。

圖3 光電傳感器轉為方波波形

圖3中方波波形的12個基準位置，這些基準位置是依據系統主控電路來設計好的，設計時遮光滑塊的寬度剛好是相鄰兩個傳感器距離的一半左右，如果電調天線控制系統需要調節下傾11度，系統將從M1-M12位置的行程為11度，從M1-M12共有11個區間，從方波波形可以看出剛好12個基準點，相鄰基準點之間設定為1度，需調節角度時在相鄰兩個基準點之間，根據步進電機的步距計數來完成角度細分，這樣當控制器在調整過程中突然掉電，系統的移相器的位置失去參考位置，丟失基準后需要自同步，但是移相器的全部過程由12個基準點劃分為11個區間，所以自同步校準的行程在一個區間迅速完成。

四、總結

本文主要解決了電調天線控制器在工作中遇到突然掉電丟失參考基準的核心問題，首先分析了基準丟失的各種主要原因，然后針對這些原因進行詳細的分析，最后針對各個不同的原因提出了步進電機產生基準丟失問題的解決辦法，并用圖解的方式通過遮光滑塊與光電傳感器的位置變化，展示了基準丟失后自校準的解決過程。

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