CN106610612A - 一种天线驱动控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线驱动控制单元。天线驱动控制单元包括：控制卡、AC/DC电源模块、第一方位继电器、第二方位继电器、第一俯仰继电器、第二俯仰继电器、第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器、第二俯仰接触器、方位空气断路器和俯仰空气断路器。天线驱动控制单元主要功能是：接收上位机下发的控制指令，采集天线座状态信息，运行环路控制算法，输出方位驱动单元和俯仰驱动单元控制指令，为方位驱动单元和俯仰驱动单元提供动力电源，采集方位驱动单元和俯仰驱动单元状态信息，将状态信息上报至上位机。天线驱动控制单元作为上位机和天线驱动单元的连接桥梁，实现了天线伺服***控制电信号和动力电信号之间的隔离保证了***安全性及可靠性。

Description

一种天线驱动控制单元

技术领域

本发明涉及遥测***伺服控制领域，特别是涉及动基座平台大型天线伺服***驱动控制。

背景技术

遥测***中为提高***作用距离，通常采用大口径抛物面天线，为了适应海上目标遥测需求，通常需要将遥测***安装在舰船等动平台基座上，并对伺服***跟踪控制精度提出了较高的要求。伺服***是大型天线遥测***中重要的组成部分，其主要作用是使接收天线捕获目标，并以一定精度连续跟踪目标，使目标始终处于主波束的中心线附近，从而以最大接收增益可靠地连续接收遥测信号。常规遥测领域伺服控制***主要包括天线控制单元、天线驱动单元和天线座。

大型天线遥测***中为了满足负载能力通常需要采用大功率电机驱动，目前常用的大功率电机体积庞大，安装在天线座内部需要占用较大空间，导致天线座体积和重量增加。天线遥测***中天线口径越大接收波束宽度越窄，为了防止目标丢失，要求天线伺服***有较高跟踪精度，实现对目标的实时跟踪，随着天线口径的增大及传动机构体积增大采用单电机驱动的天线伺服***很难实现高精度控制。

为了适应更多目标的遥测需求，通常将天线遥测***安装在测量船上实现目标遥测。天线座安装在遥测船上相对于陆地使用时，天线座安装平台由静平台基座改变为动平台基座，随着遥测船平台基座的晃动，地面天线伺服***几乎不可能控制天线实现对目标的跟踪。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种天线驱动控制单元作为天线控制单元和方位俯仰驱动单元的连接桥梁，实现天线驱动控制。该发明接口清晰，使用方便，实现了高复杂度伺服***的高精度驱动控制，适用于动基座平台大型天线伺服***。

本发明采用的技术方案：

一种天线驱动控制单元，包括：控制卡、AC/DC电源模块、第一方位继电器、第二方位继电器、第一俯仰继电器、第二俯仰继电器、第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器、第二俯仰接触器、方位空气断路器和俯仰空气断路器；

控制卡根据接收到的外部输入的天线控制信号以及采集的天线座的状态信息，生成方位驱动单元控制指令、方位驱动单元上电指令、俯仰驱动单元控制指令和俯仰驱动单元上电指令，并分别将方位驱动单元控制指令和俯仰驱动单元控制指令送入方位驱动单元和俯仰驱动单元，将方位驱动单元上电指令送入第一方位继电器和第二方位继电器之中，将俯仰驱动单元上电指令送入第一俯仰继电器和第二俯仰继电器之中；

第一方位继电器接收到方位驱动单元上电指令之后，控制第一方位接触器将经过方位空气断路器保护的外部输入的交流电提供给方位驱动单元，第二方位继电器接收到方位驱动单元上电指令之后，控制第二方位接触器将经过方位空气断路器保护的外部输入的交流电提供给方位驱动单元，方位驱动单元根据输入的两路交流电以及方位驱动单元控制指令驱动天线在方位轴运转；

第一俯仰继电器接收到俯仰驱动单元上电指令之后，控制第一俯仰接触器将经过俯仰空气断路器保护的外部输入的交流电提供给俯仰驱动单元，第二俯仰继电器接收到俯仰驱动单元上电指令之后，控制第二俯仰接触器将经过俯仰空气断路器保护的外部输入的交流电提供给俯仰驱动单元，俯仰驱动单元根据输入的两路交流电以及俯仰驱动单元控制指令驱动天线在俯仰轴运转；

天线座的实时状态、方位驱动单元的工作状态以及俯仰驱动单元的工作状态均反馈到控制卡中，控制卡将上述状态信息和工作信息输出到上位机中进行显示；

AC/DC电源模块为控制卡、第一方位继电器、第二方位继电器、第一俯仰继电器、第二俯仰继电器、第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器和第二俯仰接触器供电。

本发明驱动控制单元还包括状态显示卡，用于显示控制卡与上位机之间、控制卡与方位驱动单元之间、控制卡与俯仰驱动单元之间的通信状态，同时，状态显示卡还显示控制卡的供电状态。

本发明驱动控制单元还包括警示灯继电器和警示灯；

控制卡采集第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器和第二俯仰接触器的工作状态，并通过警示灯继电器控制警示灯进行状态显示。

所述方位驱动单元是指驱动天线实现方位轴0～360度运转的机构，所述俯仰驱动单元是指驱动天线实现俯仰轴-5～185度运转的机构。

所述控制卡包括FPGA模块、DSP模块、AD转换模块、数字隔离器、三态D类锁存器、光耦隔离器、数据驱动器、继电器模块和RS422串行通信模块；

外部输入的控制信号同时送入光耦隔离器和RS422串行通信模块，经过光耦隔离之后送入FPGA模块，RS422串行通信模块将输入到其中的控制信号进行差分信号电平转换，生成5VTTL电平信号，通过数字隔离器进行电平转换送入FPGA模块，FPGA模块通过RS422串行通信模块、数字隔离器、AD转换模块、三态D类锁存器和光耦隔离器采集天线座状态信息；

FPGA模块将采集到的处理过的控制信号和天线座状态信息送到DSP模块中，DSP模块生成方位驱动单元控制指令、方位驱动单元上电指令、俯仰驱动单元控制指令和俯仰驱动单元上电指令，并送入FPGA模块，FPGA模块将方位驱动单元控制指令和俯仰驱动单元控制指令依次通过数字隔离器、RS422串行通信模块分别送入方位驱动单元和俯仰驱动单元，FPGA模块将方位驱动单元上电指令依次通过数据驱动器、光耦隔离器和继电器模块分别送入第一方位继电器和第二方位继电器，FPGA模块将俯仰驱动单元上电指令依次通过数据驱动器、光耦隔离器和继电器模块分别送入第一俯仰继电器和第二俯仰继电器；

FPGA模块通过光耦隔离器采集第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器和第二俯仰接触器的工作状态，生成警示灯控制信号依次通过数据驱动和光耦隔离器输出；

FPGA模块将控制卡与上位机之间、控制卡与方位驱动单元之间、控制卡与俯仰驱动单元之间的通信状态以及控制卡中+5V、±12V的供电状态依次通过数据驱动器、光耦隔离器输出至状态显示卡。

所述天线座状态信息包括速率陀螺状态信号、方位/俯仰实时角、天线座方位卷绕信息和天线座开关量信息。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明各组成模块间功能清晰明确，通过内部模块可以分别实现方位驱动控制单元和俯仰驱动控制单元动力电源控制，并且能够实现电机动力电源和***电路控制电源的分离控制，***连线简单，使用方便。

(2)本发明对外接口丰富，并且通过多种隔离模块实现接口信号之间互相隔离，抗干扰能力强，能够有效预防天线座信号、驱动单元信号和天线控制单元信号之间的互相干扰。

(3)本发明通过TI公司TMS320C6713和Altera公司EP1S25实现算法和逻辑控制运算，运算速度快闭环周期短，提高数据处理能力，满足复杂控制算法的实时性要求。

(4)本发明支持多路RS422串行信号输入输出，通过FPGA模块编码解码，不仅满足地面遥测***使用，在测量船动基座平台使用时能够支持与多种外部姿态测量设备通信，提高了设备的兼容性。

附图说明

图1为本发明***组成框图；

图2为控制卡硬件组成框图；

图3为动力电源加电去电过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示，本发明提出的一种天线驱动控制单元，包括：控制卡、AC/DC电源模块、第一方位继电器、第二方位继电器、第一俯仰继电器、第二俯仰继电器、第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器、第二俯仰接触器、方位空气断路器和俯仰空气断路器。天线驱动控制单元主要功能是：接收上位机下发的控制指令，采集天线座状态信息，运行环路控制算法，输出方位驱动单元和俯仰驱动单元控制指令，为方位驱动单元和俯仰驱动单元提供动力电源，同时采集方位驱动单元和俯仰驱动单元状态信息，将状态信息发送给上位机显示。天线驱动控制单元所采集的天线座状态信息主要有天线座开关量信息、天线座卷绕信息、方位和俯仰实时角信息、在惯性坐标系下天线座的速率陀螺状态信息等。

控制卡根据接收到的外部输入的天线控制信号以及采集的天线座的状态信息，生成方位驱动单元控制指令、方位驱动单元上电指令、俯仰驱动单元控制指令和俯仰驱动单元上电指令，并分别将方位驱动单元控制指令和俯仰驱动单元控制指令送入方位驱动单元和俯仰驱动单元，将方位驱动单元上电指令送入第一方位继电器和第二方位继电器之中，将俯仰驱动单元上电指令送入第一俯仰继电器和第二俯仰继电器之中。

第一方位继电器接收到方位驱动单元上电指令之后，控制第一方位接触器将经过方位空气断路器保护的外部输入的交流电提供给方位驱动单元，第二方位继电器接收到方位驱动单元上电指令之后，控制第二方位接触器将经过方位空气断路器保护的外部输入的交流电提供给方位驱动单元，方位驱动单元根据输入的两路交流电以及方位驱动单元控制指令驱动天线在方位轴运转。

第一俯仰继电器接收到俯仰驱动单元上电指令之后，控制第一俯仰接触器将经过俯仰空气断路器保护的外部输入的交流电提供给俯仰驱动单元，第二俯仰继电器接收到俯仰驱动单元上电指令之后，控制第二俯仰接触器将经过俯仰空气断路器保护的外部输入的交流电提供给俯仰驱动单元，俯仰驱动单元根据输入的两路交流电以及俯仰驱动单元控制指令驱动天线在俯仰轴运转。

天线座的实时状态、方位驱动单元的工作状态以及俯仰驱动单元的工作状态均反馈到控制卡中，控制卡将上述状态信息和工作信息输出到上位机中进行显示。

AC/DC电源模块为控制卡、第一方位继电器、第二方位继电器、第一俯仰继电器、第二俯仰继电器、第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器和第二俯仰接触器供电。

本发明提出的天线驱动控制单元还包括状态显示卡，用于显示控制卡与上位机之间、控制卡与方位驱动单元之间、控制卡与俯仰驱动单元之间的通信状态，同时，状态显示卡还显示控制卡的供电状态。

本发明提出的天线驱动控制单元还包括警示灯继电器和警示灯，控制卡采集第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器和第二俯仰接触器的工作状态，并通过警示灯继电器控制警示灯进行状态显示。

方位驱动单元是指驱动天线实现方位轴0～360度运转的机构，所述俯仰驱动单元是指驱动天线实现俯仰轴-5～185度运转的机构。

天线座状态信息包括天线座开关量信息、天线座卷绕信息、方位和俯仰实时角信息、在惯性坐标系下天线座的速率陀螺状态信息等。

空气断路器是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关，实现对方位和俯仰动力电源AC220V2的控制和电路中电流保护的功能。

如图2所示，天线驱动控制单元控制卡包括FPGA模块、DSP模块、AD转换模块、数字隔离器、三态D类锁存器、光耦隔离器、数据驱动器、继电器模块和RS422串行通信模块。

外部输入的控制信号同时送入光耦隔离器和RS422串行通信模块，经过光耦隔离之后送入FPGA模块，RS422串行通信模块将输入到其中的控制信号进行差分信号电平转换，生成5VTTL电平信号，通过数字隔离器进行电平转换送入FPGA模块，FPGA模块通过RS422串行通信模块、数字隔离器、AD转换模块、三态D类锁存器和光耦隔离器采集天线座状态信息。

天线座状态信息包括速率陀螺状态信号、方位/俯仰实时角、天线座方位卷绕信息和天线座开关量信息；

天线座的方位卷绕信息通过AD转换模块进行模数转换，再通过三态D类锁存器进行锁存，将锁存之后的数字信号送入FPGA模块；

速率陀螺状态信号、方位/俯仰实时角是通过RS422串行通信模块和数字隔离器进行采集；

天线座开关量信息是通过光耦隔离器进行采集；

FPGA模块将采集到的处理过的控制信号和天线座状态信息送到DSP模块中，DSP模块生成方位驱动单元控制指令、方位驱动单元上电指令、俯仰驱动单元控制指令和俯仰驱动单元上电指令，并送入FPGA模块，FPGA模块将方位驱动单元控制指令和俯仰驱动单元控制指令依次通过数字隔离器、RS422串行通信模块分别送入方位驱动单元和俯仰驱动单元，FPGA模块将方位驱动单元上电指令依次通过数据驱动器、光耦隔离器和继电器模块分别送入第一方位继电器和第二方位继电器，FPGA模块将俯仰驱动单元上电指令依次通过数据驱动器、光耦隔离器和继电器模块分别送入第一俯仰继电器和第二俯仰继电器。

控制卡通过第一方位继电器、第二方位继电器控制第一方位接触器、第二方位接触器为方位天线驱动单元提供动力电源或者控制卡通过第一俯仰继电器、第二俯仰继电器控制第一俯仰接触器、第二俯仰接触器为俯仰天线驱动单元提供动力电源时，FPGA模块通过光耦隔离器采集第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器和第二俯仰接触器的工作状态，生成警示灯控制信号依次通过数据驱动和光耦隔离器输出，通过警示灯继电器控制警示灯闪烁。

FPGA模块将控制卡与上位机之间、控制卡与方位驱动单元之间、控制卡与俯仰驱动单元之间的通信状态以及控制卡中+5V、±12V的供电状态依次通过数据驱动器、光耦隔离器输出至状态显示卡。

FPGA模块采用Altera公司的Stratix系列EP1S25F780芯片作为控制卡的控制逻辑核心，EP1S25F780对外接口丰富，片内逻辑资源充足，DSP模块采用TI公司的TMS320C6713系列，TMS320C6713为高性能的浮点型数字信号处理器，运算速度快，时钟频率可达225MHZ，单时钟周期可执行8条指令，且具备大容量的片内存储器和大范围的寻址能力，DSP模块对外输入和输出数据交互均通过FPGA模块实现，DSP模块与FPGA模块之间通过数据总线和地址总线进行数据交互，DSP模块为控制卡的控制算法核心。AD模块能够分别将16路模拟信号转换为12位数字信号。

图3所示为天线驱动控制单元控制的伺服***动力电源加电去电过程流程图。天线驱动控制单元控制卡接收到上位机下发的伺服***上电指令后，通过方位继电器1控制方位接触器1为方位驱动器1提供～220V动力电源AC220V2；通过方位继电器2控制方位接触器2为方位驱动器2提供～220V动力电源AC220V2；通过俯仰继电器1控制俯仰接触器1为俯仰驱动器1提供～220V动力电源AC220V2；通过俯仰继电器2控制俯仰接触器2为俯仰驱动器2提供～220V动力电源AC220V2。方位驱动单元包括方位驱动器1和方位驱动器2，俯仰驱动单元包括俯仰驱动单元1和俯仰驱动单元2。接触器具有自锁功能，加电完成后天线驱动控制单元控制卡采集方位接触器1自锁信号、方位接触器2自锁信号、俯仰接触器1自锁信号、俯仰接触器2自锁信号分别产生方位和俯仰上电完成状态指示，上位机接收到上电完成状态指示后允许操作手操作天线运转。去电工作流程与加电工作流程一致，去电完成后天线驱动控制单元控制卡采集方位接触器1自锁信号、方位接触器2自锁信号、俯仰接触器1自锁信号、俯仰接触器2自锁信号分别产生方位和俯仰去电完成状态指示，天线控制单元接收到去电完成状态指示后禁止操作手操作天线运转。***工作时方位驱动器1驱动方位电机1运转，方位驱动器2驱动方位电机2运转，俯仰驱动器1驱动俯仰电机1运转，俯仰驱动器2驱动俯仰电机2运转。方位驱动器1、方位驱动器2安装在方位驱动单元中，俯仰驱动器1、俯仰驱动器2安装在俯仰驱动单元中，方位电机1、方位电机2、俯仰电机1、俯仰电机2安装在天线座中。本发明设计的天线驱动控制单元控制的伺服***动力电源加电去电过程实现了控制电源AC220V1和动力电源AC220V2之间的隔离，提高了***的抗干扰能力。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种天线驱动控制单元，其特征在于包括：控制卡、AC/DC电源模块、第一方位继电器、第二方位继电器、第一俯仰继电器、第二俯仰继电器、第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器、第二俯仰接触器、方位空气断路器和俯仰空气断路器；

控制卡根据接收到的外部输入的天线控制信号以及采集的天线座的状态信息，生成方位驱动单元控制指令、方位驱动单元上电指令、俯仰驱动单元控制指令和俯仰驱动单元上电指令，并分别将方位驱动单元控制指令和俯仰驱动单元控制指令送入方位驱动单元和俯仰驱动单元，将方位驱动单元上电指令送入第一方位继电器和第二方位继电器之中，将俯仰驱动单元上电指令送入第一俯仰继电器和第二俯仰继电器之中；

第一方位继电器接收到方位驱动单元上电指令之后，控制第一方位接触器将经过方位空气断路器保护的外部输入的交流电提供给方位驱动单元，第二方位继电器接收到方位驱动单元上电指令之后，控制第二方位接触器将经过方位空气断路器保护的外部输入的交流电提供给方位驱动单元，方位驱动单元根据输入的两路交流电以及方位驱动单元控制指令驱动天线在方位轴运转；

第一俯仰继电器接收到俯仰驱动单元上电指令之后，控制第一俯仰接触器将经过俯仰空气断路器保护的外部输入的交流电提供给俯仰驱动单元，第二俯仰继电器接收到俯仰驱动单元上电指令之后，控制第二俯仰接触器将经过俯仰空气断路器保护的外部输入的交流电提供给俯仰驱动单元，俯仰驱动单元根据输入的两路交流电以及俯仰驱动单元控制指令驱动天线在俯仰轴运转；

天线座的实时状态、方位驱动单元的工作状态以及俯仰驱动单元的工作状态均反馈到控制卡中，控制卡将上述状态信息和工作信息输出到上位机中进行显示；

AC/DC电源模块为控制卡、第一方位继电器、第二方位继电器、第一俯仰继电器、第二俯仰继电器、第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器和第二俯仰接触器供电。

2.根据权利要求1所述的一种天线驱动控制单元，其特征在于还包括状态显示卡，用于显示控制卡与上位机之间、控制卡与方位驱动单元之间、控制卡与俯仰驱动单元之间的通信状态，同时，状态显示卡还显示控制卡的供电状态。

3.根据权利要求1或2所述的一种天线驱动控制单元，其特征在于还包括警示灯继电器和警示灯；

控制卡采集第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器和第二俯仰接触器的工作状态，并通过警示灯继电器控制警示灯进行状态显示。

4.根据权利要求1所述的一种天线驱动控制单元，其特征在于：所述方位驱动单元是指驱动天线实现方位轴0～360度运转的机构，所述俯仰驱动单元是指驱动天线实现俯仰轴-5～185度运转的机构。

5.根据权利要求1所述的天线驱动控制单元，其特征在于：所述控制卡包括FPGA模块、DSP模块、AD转换模块、数字隔离器、三态D类锁存器、光耦隔离器、数据驱动器、继电器模块和RS422串行通信模块；

外部输入的控制信号同时送入光耦隔离器和RS422串行通信模块，经过光耦隔离之后送入FPGA模块，RS422串行通信模块将输入到其中的控制信号进行差分信号电平转换，生成5VTTL电平信号，通过数字隔离器进行电平转换送入FPGA模块，FPGA模块通过RS422串行通信模块、数字隔离器、AD转换模块、三态D类锁存器和光耦隔离器采集天线座状态信息；

FPGA模块将采集到的处理过的控制信号和天线座状态信息送到DSP模块中，DSP模块生成方位驱动单元控制指令、方位驱动单元上电指令、俯仰驱动单元控制指令和俯仰驱动单元上电指令，并送入FPGA模块，FPGA模块将方位驱动单元控制指令和俯仰驱动单元控制指令依次通过数字隔离器、RS422串行通信模块分别送入方位驱动单元和俯仰驱动单元，FPGA模块将方位驱动单元上电指令依次通过数据驱动器、光耦隔离器和继电器模块分别送入第一方位继电器和第二方位继电器，FPGA模块将俯仰驱动单元上电指令依次通过数据驱动器、光耦隔离器和继电器模块分别送入第一俯仰继电器和第二俯仰继电器；

FPGA模块通过光耦隔离器采集第一方位接触器、第二方位接触器、第一俯仰接触器和第二俯仰接触器的工作状态，生成警示灯控制信号依次通过数据驱动和光耦隔离器输出；

FPGA模块将控制卡与上位机之间、控制卡与方位驱动单元之间、控制卡与俯仰驱动单元之间的通信状态以及控制卡中+5V、±12V的供电状态依次通过数据驱动器、光耦隔离器输出至状态显示卡。

6.根据权利要求1或5所述的一种天线驱动控制单元，其特征在于：所述天线座状态信息包括速率陀螺状态信号、方位/俯仰实时角、天线座方位卷绕信息和天线座开关量信息。