摘要:为满足跟踪系统高速度、高加速度及高精度的要求，在模拟控制系统的基础上，用数字算法代替模拟系统中的位置回路校正电路、速度回路校正电路、脉冲调宽电路，构成数字随动系统，这样它可以有效地采用多种控制算法，实现系统的性能指标，并且系统调试方便，对外的接口少，可靠性高.
引言
随着国防科学技术及靶场设备的发展，不仅要求光电经纬仪具有快速的跟踪能力和高的跟踪精度，而且要具有高的可靠性，这就对随动系统提出了较高的要求。数字随动系统就是为满足这些要求而产生的。下面介绍一种数字随动系统的设计和仿真方案。
1随动系统要达到的性能指标
6)随动系统在阶跃信号输入条件下，在线性段范围内过渡过程全部结束时间不大于0.5秒，超调量
其中，跟踪系统误差主要来源有动态滞后误差、传感器测量误差、随机干扰误差等，这里分配给动态滞后误差量为
2随动系统的组成
系统的总体框图如图1所示。它主要包括
l)直流力矩电机。随动系统的执行机构。
2)测速发电机。作为系统的速度反馈机构。
3)24位轴角编码器。作为位置回路的反馈机构。
4)数字控制器。它主要完成以下工作:
(1)数字脉冲调宽输出;
(2)数字速度回路校正;
(3)数字位置回路校正。
5)系统接口电路板。主要包括A。输入口、数字信息的数字锁存电路、脉冲调宽输出的光电祸合电路。
3系统采样频率的选择
对本系统我们是基于连续系统的设计方法，然后用双线性变换法得到等效的离散传递函数D(z)。在用连续系统的设计方法时，没有考虑实际系统中所存在的零阶保持器的影响。如果系统的采样周期为T，那么零阶保持器的影响将大体相当于在系统中附加了一个272的延时环节，因此，这种方法只适宜于采样周期较小的情况。否则，系统的性能与设计要求相比将明显变差。假如相角的稳定储备允许减少5o一150，那么，采样周期应选为
系统开环剪切频率峡将是决定系统采样周期T大小的关键。
3.1位置回路的采样频率
根据系统的最大速度、最大加速度、最大误差的要求，可得到系统的精度检测点的频率。为
满足式(6)的要求。
3.2速度回路的采样频率
由式(5)可知，速度回路的开环频率特性的剪切频率;大致为
3.3脉冲调宽的频率
脉冲调宽频率的选择有许多互相矛盾的因素要考虑，为使系统不响应交变电压分量，开关频率必须足够高，为降低电枢回路的附加损耗，提高电机的利用系数，也要尽量提高开关频率，但受晶体管本身的炸性限制，开关频率不能太高。为了防止桥式电路同侧、如果速度回路的带宽为fa，则应有跨接在电源正负极之间的两个晶体管在交换工作状态的过程中出现同时导通现象，希望导通驱动信号比截止驱动信号延迟5一20娜，这也限制了开关频率的上限。另一方面为减小晶体管的开关损耗，又希望开关频率尽可能低。一般有
4随动系统的设计
4.1数字脉冲调宽
直接由计算机根据速度回路校正量的大小输出一定频率和宽度的脉冲，经功率放大电路放大后驱动电机。它的优点在于开关频率高、可靠性好、具有响应快、效率高、线性好，使系统可以获得很宽的带宽，因此系统的快速响应好，动态抗负载扰动的能力强。
4.2速度回路的设计特性
它克服了运算放大器的零点温漂、易饱和等缺点，减小了仪器电控柜的体积，减少了控制部分的对外接口，增加了系统的可靠性。对象传递函数为
其开环频率特性曲线见图2所示。从图中可看出，系统的开环剪切频率%约为69.2(1/s)，系统的增益裕度为87.ldB，相位裕度为640，速度回路闭环后近似等效为一个二阶惯性环节。
由式(14)和(15)可知，速度回路的校正环节为
4.3位置回路的设计特性
位置回路采用数字控制方法，可方便地完成在各种工作模式下位置环校正的编程，以及完成为达到高速度、高加速度、高精度的要求而采用的各种复杂的位置校正算法及数字滤波算法。
当采样频率为50c/s，采样系统满足如下条件
在电视跟踪中，为了提高系统的跟踪精度，采用速度滞后补偿的办法，构成近似的等效复合控制系统。滞后补偿的传递函数为
从图3可看出，系统的开环剪切频率蝎约等于l7.9(1/s)，系统的增益裕度约为15.7(dB)，相位裕度约为47.3”。
由式(18)和式(21)可得到，当电视跟踪系统的采样周期为0.02秒时，校正环节的z传递函数为
5系统仿真结果
5.1电视跟踪系统仿真
根据设计特性，采用Matlab进行仿真，根据系统指标确定的等效正弦为
5.2阶跃输入仿真
当采样频率为50Hz时，阶跃输入的仿真曲线见图5所示。其阶跃输入幅值为35，，过渡过程时间小于0.5秒，超调量小于10%，满足系统的设计要求。
6结论
从以上的分析和设计可知，数字随动系统不仅可以灵活地采取各种控制算法，满足系统性能指标的要求，而且结构紧凑、接口简单、调试方便、可靠性高，是跟踪控制系统发展的必然趋势。
参考文献:
(1)梅晓榕，兰朴森，柏桂珍.自动控制元件及线路[M].哈尔淇:哈尔滨工业大学出版社，1993
(2)孙增析.计算机控制理论及应用[明.北京:清华大学出版社，1989
(3)别塞克尔斯基BA.自动调节系统的动态综合[M」.北京:科学出版社，1977
作者简介:黄永梅(l%8一)，女(汉族)，四川内江人，助研，硕士.主要从事精密控制研究.
