一种应用于小型化高精度双轴天线平台的伺服控制系统

摘要

本发明涉及应用于小型化高精度双轴天线平台的伺服控制系统，属于伺服控制技术领域。该伺服控制系统针对双轴天线平台的双轴运动控制功能以及对伺服系统的小型化与低成本的要求，创新性的采用可编程串口服务器来代替常用的专用运动控制器以实现运动路径规划的功能，解决专用运动控制器体积庞大，价格昂贵的问题。所选的可编程串口服务器可采用低价格、可编程的串口通讯控制器，通过2路RS485来实现1路RS422通讯，并附有2路RS232通讯功能，其体积为足够小，能够安装在一般的天线平台内，价格在千元左右，相比万元以上的运动控制器具有很大的成本优势。

说明书

技术领域

本发明属于伺服控制技术领域，具体涉及一种应用于小型化高精度双轴天线平台的伺服控制系统。 

背景技术

目前，双轴天线平台主要用于控制天线的方位和俯仰角度，天线平台由远程控制计算机向伺服控制系统发送指令，使天线波束对准所需要的测试目标，并实时给出姿态角信息。由于双轴天线平台一般安装于距地25米以上高度的支架上，要求天线平台体积较小，重量较轻，并要求伺服控制系统体积较小以能够内置于天线平台内，且还要能保证高精度定位控制功能，且伺服控制系统集成方便，价格合适。 

目前双轴天线平台多采用专用运动控制器和驱动器搭建伺服控制系统的方式来建立，小型化高精度天线平台所选的伺服驱动器和测角元件要求满足各轴的高精度定位控制且体积不能太大的要求；另外，专用运动控制器体积通常比较庞大而无法内置于天线平台内，且价格昂贵，功能也太过齐全，在功能和价格上都是一种很大的浪费，因此需要设计一种伺服控制方案来实现这类天线平台的控制要求。 

发明内容

（一）要解决的技术问题 

本发明要解决的技术问题是如何提供一种适用小型化高精度双轴天线平台的伺服控制系统，要求该伺服控制系统所占体积较小，定位精度较高，成本较低，集成方便。 

（二）技术方案 

为了解决上述技术问题，本发明提供一种应用于小型化高精度双轴天线平台的伺服控制系统，所述伺服控制系统包括： 

电机组，其包括方位电机及俯仰电机，所述方位电机用于对天线平台方位轴系进行定位驱动，所述俯仰电机用于对天线平台俯仰轴系进行定位驱动； 

伺服驱动器组，其包括方位电机伺服驱动器及俯仰电机伺服驱动器，所述方位电机伺服驱动器用于根据预配置信息来驱动所述方位电机来实现天线平台方位轴系的定位控制并生成方位轴系状态信息，所述俯仰电机伺服驱动器用于根据预配置信息来驱动所述俯仰电机来实现天线平台俯仰轴系的定位控制并生成俯仰轴系状态信息； 

可编程串口服务器，其用于以设定周期定时读取上位工控机发送来的数据，从中提取控制指令信息；用于根据所述控制指令信息规划好运动路径，并通过两路总线将控制指令传递给所述方位轴驱动器和所述俯仰轴驱动器来带动天线平台的各轴作出相应的运动。 

其中，所述伺服控制系统还包括：光电码盘组，所述光电码盘组包括方位轴光电码盘及俯仰轴光电码盘；所述方位轴光电码盘及俯仰轴光电码盘分别设置于电机末端与转台回转机构末端，用作速度传感器及位置传感器，用于辅助伺服驱动器组实现单轴系的高精度定位控制。 

其中，所述可编程串口服务器还用于读取所述方位轴伺服驱动器返回的方位轴系状态信以及所述俯仰轴伺服驱动器返回的俯仰轴系状态信息；用于根据所述方位轴状态信息及俯仰轴状态信息来判断伺服驱动器组是否完成找零控制，若某一状态信息表示没有完成找零则发送找零状态信息指令至该状态信息所对应的伺服驱动器；直至找零完成后，所述可编程串口服务器根据上位工控机发送的指令信息来判断是否需要进行方位轴系或俯仰轴系的定位控制，如果需要进行定位控制，则向所述方位轴驱动器和所述俯仰轴驱动器发生定位控制指令。 

其中，所述可编程串口服务器用于在每个设定周期内，分别发送 方位轴系速度位置信息读取指令和俯仰轴系速度位置信息读取指令至所述方位轴驱动器和俯仰轴驱动器，接收相关信息并返送给上位工控机。 

其中，所述可编程串口服务器通过两路RS485总线与上位工控机进行通信，所述两路RS485总线中一路用于收取信息，另一路用于发送信息。 

其中，所述可编程串口服务器分别通过一路RS232总线来与所述方位轴驱动器和俯仰轴驱动器进行通信。 

其中，所述方位轴驱动器和俯仰轴驱动器分别为copley伺服驱动器。 

其中，所述方位电机及俯仰电机分别为maxon伺服电机。 

其中，所述方位轴光电码盘及俯仰轴光电码盘均为一体式光电码盘，其测角分辨率达到0.0001°。 

（三）有益效果 

本发明针对双轴天线平台的双轴运动控制功能以及对伺服系统的小型化与低成本的要求，创新性的采用可编程串口服务器来代替常用的专用运动控制器以实现运动路径规划的功能，解决专用运动控制器体积庞大，价格昂贵的问题。所选的可编程串口服务器可以采用低价格、可编程的串口通讯控制器，通过2路RS485等于实现1路RS422通讯，并附有2路RS232通讯功能，其体积可小至100mm×60mm×15mm，能够安装在一般的天线平台内，价格在千元左右，相比万元以上的运动控制器具有很大的成本优势。该技术方案与现有技术相比，具备如下几点有益效果： 

（1）该伺服控制系统能够很好的实现双轴控制要求，定位精度为0.01°； 

（2）该伺服控制系统所应用的电机、驱动器以及光电码盘均优选小型化的结构产品，从而该伺服控制系统能够满足天线平台对体积 小型化的要求，能够内置于伺服平台底部Φ250mm×150mm的空间内。 

（3）相对于其它集成方式搭建的双轴伺服控制系统，价格有所降低。 

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。 

为了提供一种体积较小、定位精度较高、成本较低、集成方便以能够适用于小型化高精度双轴天线平台的伺服控制系统，本发明所提供的应用于小型化高精度双轴天线平台的伺服控制系统，其包括： 

电机组，其包括方位电机及俯仰电机，所述方位电机用于对天线平台方位轴系进行定位驱动，所述俯仰电机用于对天线平台俯仰轴系进行定位驱动； 

伺服驱动器组，其包括方位电机伺服驱动器及俯仰电机伺服驱动器，所述方位电机伺服驱动器用于根据预配置信息来驱动所述方位电机来实现天线平台方位轴系的定位控制并生成方位轴系状态信息，所述俯仰电机伺服驱动器用于根据预配置信息来驱动所述俯仰电机来实现天线平台俯仰轴系的定位控制并生成俯仰轴系状态信息； 

可编程串口服务器，其用于以设定周期定时读取上位工控机发送来的数据，从中提取控制指令信息；用于根据所述控制指令信息规划好运动路径，并通过两路总线将控制指令传递给所述方位轴驱动器和 所述俯仰轴驱动器来带动天线平台的各轴作出相应的运动。 

其中，所述伺服控制系统还包括：光电码盘组，所述光电码盘组包括方位轴光电码盘及俯仰轴光电码盘；所述方位轴光电码盘及俯仰轴光电码盘分别设置于电机末端与转台回转机构末端，用作速度传感器及位置传感器，用于辅助伺服驱动器组实现单轴系的高精度定位控制。 

其中，所述可编程串口服务器还用于读取所述方位轴伺服驱动器返回的方位轴系状态信以及所述俯仰轴伺服驱动器返回的俯仰轴系状态信息；用于根据所述方位轴状态信息及俯仰轴状态信息来判断伺服驱动器组是否完成找零控制，若某一状态信息表示没有完成找零则发送找零状态信息指令至该状态信息所对应的伺服驱动器；直至找零完成后，所述可编程串口服务器根据上位工控机发送的指令信息来判断是否需要进行方位轴系或俯仰轴系的定位控制，如果需要进行定位控制，则向所述方位轴驱动器和所述俯仰轴驱动器发生定位控制指令。 

其中，所述可编程串口服务器用于在每个设定周期内，分别发送方位轴系速度位置信息读取指令和俯仰轴系速度位置信息读取指令至所述方位轴驱动器和俯仰轴驱动器，接收相关信息并返送给上位工控机。 

其中，所述可编程串口服务器通过两路RS485总线与上位工控机进行通信，所述两路RS485总线中一路用于收取信息，另一路用于发送信息。 

其中，所述可编程串口服务器分别通过一路RS232总线来与所述方位轴驱动器和俯仰轴驱动器进行通信。 

其中，所述方位轴驱动器和俯仰轴驱动器分别为copley伺服驱动器。 

其中，所述方位电机及俯仰电机分别为maxon伺服电机。 

其中，所述方位轴光电码盘及俯仰轴光电码盘均为一体式光电码盘，其测角分辨率达到0.0001°。 

下面，结合实施例来详细说明本发明技术方案。 

实施例 

本实施例针对双轴天线平台各单轴的高精度定位控制和小型化要求，在方位轴和俯仰轴分别安装了一个copley驱动器来驱动电机以实现天线平台的定位控制，所选的copley驱动器具备速度位置双闭环控制功能，可实现高精度定位精度，通过配备高精度光电码盘可以实现单轴系统的高精度定位控制。所选驱动器体积为97mm×64mm×33mm，可以很方便的安装于天线伺服平台内部，并可通过RS232总线接受外部ASCII码控制指令，发送ASCII码状态信息。本发明选取一体式光电码盘作为测角元件，体积为Φ97mm×64mm，测角分辨率可达0.0001°，比常用的高精度圆光栅体积更小且更坚固耐用；所选的maxon电机具有相同输出功率下体积更小的优点。 

本实施例以转台伺服控制系统为例进行说明，其由可编程串口服务器、伺服驱动器、电机、光电码盘等器件组成,控制着转台方位、俯仰两个分系统。转台以可编程串口服务器为控制核心，以maxon伺服电机为执行元件；在电机末端与转台回转机构末端分别安装光电编码器作为速度传感器与位置传感器；最后通过霍尔限位开关实现电限位功能与找零功能。 

伺服控制过程为：首先通过配置方位轴copley伺服驱动器实现方位轴高精度定位控制，通过配置俯仰轴copley伺服驱动器实现俯仰轴高精度定位控制，然后，通过可编程串口服务器接收上位机RS422总线发送的指令，通过编写C语言控制程序将接受到的指令进行解读规划好运动路径，并通过2路RS232总线将控制指令传递给方位轴驱动器和俯仰轴驱动器带动各轴作出相应的运动。 

可编程串口服务器1-7188带有4路串口，串口1与串口2可设置为RS485总线模式，串口3与串口4为RS232总线模式。本发明将串口1设置为RS485收模式，将串口2设置为RS485收模式，从而等效为1路RS422总线与工控机通讯；串口3通过RS232总线与方位驱动器通讯，串口4通过RS232总线与俯仰方位驱动器通讯。 

可编程串口服务器的配套软件是DOS操作系统开发的，开发工具为Turbo C，串口服务器以100ms为周期定时的读取工控机通过串口2 发送的数据提取控制指令信息，读取方位驱动器通过串口3返回的方位系统状态信息，读取俯仰驱动器通过串口4返回的俯仰系统状态信息。串口服务器首先根据串口3与串口4返回的状态信息判断伺服系统是否完成找零控制，如果没有完成找零则继续通过串口3或与串口4发送读取找零状态信息指令；找零完成后，串口服务器根据串口2发送的指令信息判断是否需要方位系统或俯仰系统定位控制，如果需要进行定位控制，则向方位系统或者俯仰系统定位控制控制指令；另外，每个周期内，通过串口3和串口4分别发送方位系统速度位置信息读取指令和俯仰系统速度位置信息读取指令，并将相关信息通过串口1返回给工控机，在工控机界面上显示相关位置速度信息。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。