2.1功能要求及性能指标2.1.1功能要求（ 1 ）具备方位和俯仰两轴运动的能力； （2）方位轴可实现预置、周扫和扇扫功能； （3）俯仰轴可实现预置功能。2.1.2性能指标（ 1 ）运动范围：方位转动范围为 ，俯仰转动范围为 ； （2）角速度：方位最大角速度为 100º/s ，俯仰最大角速度为 40º/s ； （3）角加速度：方位最大角加速度为 90º/s 2 ； （4）静态定位误差： 0.1º （最大值）； （5）角分辨率： 0.01º ； （6）系统供电：电压为 27V ，启动电流为 6A ，工作电流为 2.5A ； （7）电气接口：采用 RS-422 传输协议，上位机下发频率为 100Hz ，控制器上传 频率为 200Hz ，波特率采用 115200bps ； （8）环境适应性：温度范围为 −40 ℃ 60 ℃，湿度范围为 10% 90% ，高度大于 3000m ，冲击为 25g （ 11ms ）； （9）具有故障反馈、过压保护、过流保护和上电自检功能。2.2机载雷达伺服控制系统总体方案图 2.1 给出了机载雷达伺服控制系统的整体结构布局示意图。其中上半部分为 方位部分，位于支架和飞机蒙皮之间，方位圆筒内布置有旋转关节、汇流环、方位 电机和方位角度编码器等元部件。下半部分为俯仰部分，位于天线罩内，布置有天 线、俯仰电机和俯仰编码器等元部件。 机载雷达伺服控制系统可以划分为控制单元、驱动单元和伺服机构。其中控制单 元是实现伺服控制功能的关键部分，为本文重点设计内容；驱动单元主要实现功率放 大和电流采样闭环功能；伺服机构则承载负载天线实现各种功能。系统的总体方案设 计如图 2.2 所示：图 2.2 中的控制单元是系统核心，采用 DSP+FPGA 的组合作为控制处理器。其 中 DSP 主要用于实现各种控制算法； FPGA 主要用于数据接口，既能通过 XINTF 接 口与 DSP 进行数据交换，又能够生成外围电路的控制时序，完成数据采集和发送等 操作。该组合能够充分发挥两种芯片的优势，既保证了时序的稳定，又能够提高控制 算法的处理速度。 驱动单元主要由方位轴和俯仰轴驱动器构成，能够将控制单元提供的控制信号进 行功率放大，驱动电机转动。驱动器具有过温、过压和过流保护功能以及故障报警功 能。 伺服机构是控制系统的执行机构，在控制单元和驱动单元的控制下完成指定的功 能。伺服机构除了搭载天线负载外，还安装有电机、角度编码器、汇流环、轴承和配 重块等部件。2.3控制单元硬件电路设计2.3.1电路总体设计在该伺服控制系统中，控制单元为重点设计对象，控制单元的电路设计方案如图 2.3 所示。 如图 2.3 所示，控制处理器使用 DSP+FPGA 组合，其中 DSP 主要实现控制算法， 同时能通过 XINTF 接口与 FPGA 进行数据交换。 FPGA 主要用于实现外围电路的控 制时序。由于 FPGA 掉电后会复位，因此添加配置芯片 XCF08P 对 FPGA 进行程序 下载。其余电路介绍如下： （ 1 ）图 2.3 中左侧为上位通信接口电路，采用全双工收发器 MAX491 和光电隔 离芯片 HCPL0600 共同实现。为了隔离上位通信线缆引入的噪声干扰，使用隔离电源 为该接口电路供电。 （2）图 2.3 中下方为 SSI 接口电路，用于采集方位轴和俯仰轴角度编码器的数 据。光电隔离芯片 HCPL0600 可以隔离干扰，同时可实现电平转换。 DS26C31 芯片 可将 FPGA 输出的单端时钟信号转换为差分信号， DS26C32 芯片可将编码器回传的 差分角度信号转换为单端信号。编码器回传的角度数据需要提供给驱动器，实现闭环 功能。 （3）图 2.3 中右侧为驱动控制电路，主要包括 DI/DO 接口电路和 DA 接口电路。 其中 DI 电路用于接收驱动器输出的故障报警信号， DO 电路用于输出驱动器使能和 模式选择信号。 DI/DO 电路均选用光电隔离芯片 PS2802 来实现， DO 电路添加了 SN74LVTH245 芯片来增强驱动能力。 DA 接口电路则将 DSP 计算得到的控制指令转 换为电压信号，并输出至驱动器。 DA 接口电路主要由 D/A 转换芯片 AD5547 、运放 AD8512 和基准源 ADR01 构成。 （4）图 2.3 中右上部分为电源电路， DC/DC 电源模块将外部输入的 27V 直流电 压转换为 5V 和 ±15V 电压。其中 5V 电压用于数字电路，并通过各种 LDO 芯片转换 为不同的电压； ±15V 电压用于模拟电路，为 DA 接口电路的运放和基准源供电。2.3.2负载力矩估算负载力矩是电机和驱动器选型的关键参数，由于机载雷达会受到振动和冲击的影 响，故在计算负载力矩时需要留有一定的余量。需要计算的负载力矩有三个：惯性力 矩、摩擦力矩和不平衡力矩。2.3.4控制芯片选型控制单元采用 DSP+FPGA 的处理器组合， DSP 的型号为 TMS320F28335 ， FPGA 的型号为 XC4VLX-15 。
