浅谈卫星天线伺服控制系统

浅谈卫星天线伺服控制系统

王前 蓝廷帅

成都天奥集团有限公司 ，四川省 成都市 611730

摘要：随着社会的不断发展，人们对于卫星通信服务的需求越来越大，甚至人们的生活已经无法脱离卫星通信服务，在这样的背景下，必须要对卫星天线伺服控制系统进行进一步的研究，从技术层面保障人们的卫星通信需求为人类科技的进一步发展作出贡献。为此，本文将简单探讨卫星天线伺服控制系统的相关内容。

关键词：卫星天线；伺服控制系统；卫星通信

引言：卫星通信主要是利用中低轨道的卫星作为中继站，接收来自范围内的语音通信，并将信号转发给对应的接收目标。随着卫星通信的不断发展，除了原有的语音通信功能之外，卫星还实现了全球范围内的通信功能，除此之外，所衍生出的全球定位系统也成为了人类日常生活和各行各业发展的重要技术，在军事、生产和交通领域。产生了极为深远的影响。伺服控制系统是机载卫星在运行过程中的一项重要系统，它能够保障地面目标与机载卫星之间实现实时连接，因此研究伺服控制系统对于卫星通信的发展有很大的帮助。

1. 相关概述

1. 伺服控制系统的概述

伺服控制系统是一项自动化控制系统，它是指通过机械位置和角度的方式对系统实现自动化控制的系统，该项技术被广泛应用于卫星通信或机械制造中，能够实现对控制目标进行准确快速定位的作用。伺服控制系统相较于其他的自动化控制系统，在控制过程中具有响应速度快、定位足够准确、转动惯量较大的优点，为了满足伺服控制系统的工作，通常要配备专门的伺服电机，伺服电机的驱动单元便称之为伺服驱动单元^[1]。

2. 卫星伺服控制系统的原理

为了满足卫星天线的特殊需求，要在将伺服控制系统设计在卫星天线的转向中，而在对卫星天线进行伺服系统的开发设计时，要根据卫星的星载计算机设置而满足工作目标。通常要想实现卫星天线更快更精准的对准目标卫星，通常需要对其建立两个方位的伺服平台的天线座，从方位和仰俯两个角度实现天线方位自由自动化控制。目前我国所采用的卫星天线伺服控制系统。常见的频段包括Ka、Ku和C频段，C频段主要是卫星广播电台在使用，在电视频道或电台频道这些信号需求量较小的地方，通常会借助C频段实现较的数字业务传输。而针对一些对于流量需求量相对较大的地方，如一些在千兆比特社区的数字业务，或是需要满足特殊需求的业务时通常会用到Ka频段。Ku频段除了实现信息的传输之外还可以用作机载卫星的检测，及时地了解目标卫星可能存在的问题并对其进行更正，保障卫星通信工作能够以更加稳定和安全的方式开展。

3. 伺服电机的特点

伺服电机是组成伺服系统的重要组成部分，在卫星天线的伺服系统中也不可缺乏。伺服系统主要是通过信息技术所预定的程序对于机械实施的转动控制，而要想实现这一精准控制就必须要按照预定的程序供给电流，这便是伺服电机的重要作用。在伺服系统的工作中，需要将电压进行特殊的处理，以固定的速度和距离输入到天线的转动控制中。伺服电机在传输电流时便可以实现电流稳定的传出，而且在工作时所产生的噪音相对较小，如果换用其他的电机进行电流传送，一方面容易造成较大的能源损失，导致卫星天线在伺服控制系统具体的实施过程中无法实现高效的控制，也容易由于电流不稳定而产生一系列的其他问题。

2. 卫星天线伺服控制系统的设计

1. 数学模型的建立

伺服控制系统主要还是利用算法程序实现自动化控制的，而这一控制系统又是非线性系统，内部的关系极其复杂，需要多个变量相互配合并用强耦合的方式进行线性关系的建立。因此在构建数学模型时，一定要对其运动情况进行深入分析，要将系统的运动规律和算法的变量进行线性关系的建立，了解伺服系统整个动态模型以及相关的数据，然后建立相应的函数关系与数学模型，从而为下一步的系统设计提供最基本的基础。

2. 硬件结构的设计

硬件是支撑伺服系统运作的平台，伺服系统的硬件提供了伺服电机的接口，是整个系统运作的基础。其主要由伺服控制器电路、电源电路、轴角解码电路、限位检测电路四个主要部分组成，这些硬件的组合促使相关程序和算法能够在硬件内实现正确的运作。首先要想实现伺服系统的正确运转，要根据实际情况选择相应的主控芯片，主控芯片作为伺服控制器电路的核心内容也是整个伺服系统的重要硬件系统，它通过自身的存储和程序控制，实现预定程序的控制工作，使伺服控制器在预期的算法下实现自动化控制。限位检测电路的作用是保证整个转动装置能够在指定的范围内完成控制工作，这就需要在伺服系统内设置一定的限位开关，限位开关的状态将会直接影响到限位检测电路的运算，使其结合软件来对整个系统实现限位功能。

电源电路在设置时，不仅需要相应的伺服电机作为电源提供，在选择伺服电机时，不仅要将电机的电流和电压控制在能够满足系统运作的范围内，更是要利用相应的稳压器，保证电源电路的电流和电压供给足够稳定。由于系统所需要的电压和电流在具体工作时的数值是不同的，这就需要稳压器，及时地对电流和电压进行调整，电源电路内的稳压器要求需要输出精度高，且能够对系统进行保护，具有相应的安全性才可实现电源供给工作。除此之外，还需要借助差分放大器对电压信号进行控制，这样当电源电路输入正电压时电机朝着正向运转，反之则电机朝着反向运转，电压信号的绝对值大小还会对伺服电机的转动速率造成影响，这样的差分放大电路将会有效地实现电压调控。目前国内选择的运算放大器为高性能内补偿的单运放放大器，它能够利用较低的功耗而实现对电压电路的补偿，及时地对电源电路进行断路保护。

3. 主程序的设计流程

伺服系统的运作需要通过严密的算法对其进行控制，这就需要完成对主程序进行复杂的设计流程，从而保证系统内的各个功能和板块能够相互协同运作，保证卫星系统的专项任务能够顺利完成。首先在相关数据传入到系统内时，系统要根据相关的数据进行选择和调整，根据系统的内容选择最佳的频段，为不同需求下的工作内容寻找最佳的工作路径。与此同时，系统要通过相应的算法实现伺服控制系统有关参数的清零，对卫星天线的方位和杨府参数及时地完成归零操作。当对需要传输的数据进行调整和保存后，利用其他算法得出相应的指令，根据指令决定是否进行下一步操作，在确定下一步操作需要进行后，便需要根据数据和频段对相关参数进行再次载入，然后计算预定的角度并根据角度设置相应的运动。伺服系统在得到相关的小数之后，便根据角度的正负数来调整电路输出的状态，伺服电机的直流状态可以输出正负电压而保证可以实现相关工作，一般常见的电压状态包括+3.3伏、±15伏等^[2]。

结束语：总的来说，伺服系统作为对卫星天线控制的一项自动化控制系统，在卫星天线的通信领域得到了极为广泛的应用，在这样的状态下，就需要对其原理和设计流程进行深入分析，以实现对伺服系统的不断优化。

参考文献：

[1] 冀祯. 浅谈卫星天线伺服控制系统[J]. 数字化用户.

[2] 景丹玉, 韩刚. 卫星天线伺服控制系统研究[J]. 冶金丛刊, 2016.