電調(diào)天線控制系統(tǒng)測量基準(zhǔn)丟失后自同步的解決及實現(xiàn)

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

一、引言

機械下傾天線在偏遠(yuǎn)站點維護效率低、成本高，目前電調(diào)天線已成規(guī)模并投入應(yīng)用，因此電調(diào)天線的快速調(diào)制控制、控制精度是關(guān)鍵，在電調(diào)天線控制器的設(shè)計中，容易掉電或步進(jìn)電機失步，進(jìn)而導(dǎo)致測量基準(zhǔn)丟失，使得電調(diào)電線控制器無法準(zhǔn)確的調(diào)整到理想的下傾角度，降低了天線的效率。電調(diào)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(jìn)電機轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機作用于移相器，移相器接收控制系統(tǒng)發(fā)來的控制命令，而主控電路對系統(tǒng)的控制主要是控制移相器的位移，根據(jù)控制器傳入信號對其運動進(jìn)行監(jiān)測，在系統(tǒng)不斷的工作中，系統(tǒng)會因掉電或電機失步會導(dǎo)致整個測量過程的基準(zhǔn)丟失，因此需要控制器重新尋找基準(zhǔn)。

本文首先分析系統(tǒng)測量基準(zhǔn)丟失的原因，然后根據(jù)其原因找到相對應(yīng)的解決辦法，在降低成本的同時使系統(tǒng)工作保持穩(wěn)定。

二、造成系統(tǒng)測量基準(zhǔn)丟失的原因

在系統(tǒng)監(jiān)測過程中，測量過程的基準(zhǔn)丟失后會導(dǎo)致控制器無法保持穩(wěn)定的工作，因此必須剖析系統(tǒng)測量基準(zhǔn)丟失的原因，步進(jìn)電機失步的原因有很多，總體而言包括以下四類。

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

2.步進(jìn)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的平均速度高于定子磁場的轉(zhuǎn)速，最終引起定子通電勵磁的時間較長，并且時間大于轉(zhuǎn)子步進(jìn)一步所需的時間，在這段時間內(nèi)轉(zhuǎn)子獲得了過多的能量，使得步進(jìn)電機出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩突然增大，最終導(dǎo)致使步進(jìn)電機越步。控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機控制負(fù)載運行時，出現(xiàn)越步現(xiàn)象的概率大大增加，其原因就是負(fù)載在向下動作的時候，步進(jìn)電機本身需要的轉(zhuǎn)矩會減小。

3.控制系統(tǒng)工作中因電動機攜帶負(fù)載運動時存在慣性，發(fā)出停止命令的時候，步進(jìn)電機不能立即停止，發(fā)出啟動命令的時候，步進(jìn)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(xiàn)丟步，而停止的時候沒停下來出現(xiàn)越步。

4.步進(jìn)電機運行中也會因共振引起失步，步進(jìn)電機固有的頻率與外界環(huán)境的頻率達(dá)到一致的時候，容易引起共振，而電機在連續(xù)運轉(zhuǎn)時，如果控制系統(tǒng)的脈沖頻率恰巧與電機本身的頻率相同，立刻產(chǎn)生共振，而在一個控制脈沖的周期之內(nèi)。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(chǎn)生較大的動態(tài)誤差，最終引起電機失步。

三、系統(tǒng)測量基準(zhǔn)的校準(zhǔn)辦法

系統(tǒng)在工作中出現(xiàn)失步造成了測量基準(zhǔn)丟失，本文采用的解決方案是在電調(diào)天線控制器中加一個新的模塊，也就是在步進(jìn)電機和移相器之間加入遮光滑塊，遮光滑塊在主控電機驅(qū)動板上的光電傳感器之間不停的運動，運動時對光的感應(yīng)產(chǎn)生光信號，并將光信號送入單片機中進(jìn)行處理，若單片機接收引腳的電平發(fā)生由高變低或者由低變高的變化時，則可以結(jié)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(tǒng)在校準(zhǔn)的時候可以鎖定一個方波周期內(nèi)，在這個周期之內(nèi)即可快速校準(zhǔn)，遮光滑塊的設(shè)置大大縮短了校準(zhǔn)時間，提高了系統(tǒng)的控制效率，具體解決辦法如下：

在控制系統(tǒng)增加遮光滑塊，采用的光電傳感器調(diào)節(jié)電調(diào)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(shè)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(dāng)遮光滑塊繼續(xù)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(tǒng)的工作時遮光滑塊繼續(xù)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(jìn)入遮擋。

經(jīng)單片機電路處理后，將光電傳感器信號轉(zhuǎn)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(zhǔn)位置，這12個基準(zhǔn)位置出現(xiàn)了高電平。

圖3 光電傳感器轉(zhuǎn)為方波波形

圖3中方波波形的12個基準(zhǔn)位置，這些基準(zhǔn)位置是依據(jù)系統(tǒng)主控電路來設(shè)計好的，設(shè)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(diào)天線控制系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)下傾11度，系統(tǒng)將從M1-M12位置的行程為11度，從M1-M12共有11個區(qū)間，從方波波形可以看出剛好12個基準(zhǔn)點，相鄰基準(zhǔn)點之間設(shè)定為1度，需調(diào)節(jié)角度時在相鄰兩個基準(zhǔn)點之間，根據(jù)步進(jìn)電機的步距計數(shù)來完成角度細(xì)分，這樣當(dāng)控制器在調(diào)整過程中突然掉電，系統(tǒng)的移相器的位置失去參考位置，丟失基準(zhǔn)后需要自同步，但是移相器的全部過程由12個基準(zhǔn)點劃分為11個區(qū)間，所以自同步校準(zhǔn)的行程在一個區(qū)間迅速完成。

四、總結(jié)

本文主要解決了電調(diào)天線控制器在工作中遇到突然掉電丟失參考基準(zhǔn)的核心問題，首先分析了基準(zhǔn)丟失的各種主要原因，然后針對這些原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，最后針對各個不同的原因提出了步進(jìn)電機產(chǎn)生基準(zhǔn)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(zhǔn)丟失后自校準(zhǔn)的解決過程。

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