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目前的极轨卫星跟踪天线装备大都以固定台站为基础,采用工控机和专用的接口系统实现天线跟踪卫星的运动控制。随着卫星遥感技术应用服务的拓展,需要提供适合为单人或小队野外作业提供卫星遥感技术支援的机动或便携式极轨卫星跟踪天线装备,开发以笔记本电脑为核心的天线跟踪运动控制系统。为实现上述目的,本文提出了利用计算机音频信号输出控制天线跟踪驱动步进电机运动的设想,并对其实际应用的可行性进行了系统的研究。
论文从计算机发声技术的基本原理入手,分析了计算机音频信号的数字化构成方法及其通过声卡设备转换为模拟信号输出的基本特性;根据音频输出信号与步进电机实际控制信号的差异,设计了相应的转换电路,将音频输出信号转换成步进电机标准驱动控制信号;按不同的运动规律控制模型,建立了步进电机行程、速度与音频控制信号频率、时长之间的解析关系;在此基础上,分别开发了基于蜂鸣器、MIDI文件和Matlab虚拟信号发声程序,实现了利用计算机声卡输出对步进电机运行的直接控制。
为检验步进电机驱动音频控制的实际效果,利用标准运动控制卡和音频控制方式完成了一系列的步进电机驱动对比实验。实验结果表明,蜂鸣器控制方式匀速运动控制性能与控制卡基本一致;梯形运动由于加速度的近似存在一定的误差,但可以引入闭环反馈控制来消除这种误差。MIDI控制方式由于信号本身的特点,造成精度与稳定性的较大误差,要求设计性能更好的信号转换电路;Matlab虚拟信号方式在精度与稳定性方面均达到了与控制卡一致的效果,是一种比较理想的控制方式。文中利用Matlab虚拟信号控制方式,进行了卫星轨道的模拟跟踪测试,实验证明,新的控制方法在速度控制、位置控制等方面均达到了卫星天线跟踪控制的要求,是一种有潜力的创新性控制方法。