大型运载火箭风摆跟踪瞄准系统.doc

大型运载火箭风摆跟踪瞄准系统 余祖荫内容摘要40多年前本人曾为某多级大型运载火箭在风摆条件下完成发射瞄准而提出并研究成功一种新的风摆跟踪瞄准原理和试验装置，利用简单的单光路系统和相位扫描调制法同时获取火箭上被瞄直角棱镜的方位转角和平移信息。根据新的原理研制的风摆跟踪激光瞄准仪曾经用于西昌卫星发射中心为长征3号运载火箭的发射瞄准并且获得国家重大科学进步奖。有关自动跟踪瞄准仪的原理和系统构成的文章曾于1982年发表于中国航天丛书地面设备分册。这里将40多年前的原文做了局部修改之后作为一段历史回忆重录发表。主题词：运载火箭方位瞄准 光电跟踪 光学调制1前 言 多级大型运载火箭发射前遇有大风时将产生摇摆，使地面瞄准仪不能对准安装在顶级火箭的制导平台上的瞄准直角棱镜（porro棱镜，以下称为直角棱镜），无限制的加大瞄准仪的光电准直平行光管（下称平行光管）的口径给制造和使用带来很多困难而利用自动跟踪系统可以更好的解决这一技术难题。 1968年美国发表的“土星运载火箭”风摆跟踪瞄准系统只是简单的提到平行光管发出的平行光经过五棱镜转向镜折转90投射到火箭仪器舱上的惯导平台直角棱镜，通过移动五棱镜进行风摆跟踪但是没有进一步的说明。如图1所示。 根据后来美国发表的“土星运载火箭”风摆跟踪瞄准系统的资料得知该系统是采用一种双光路双边幅度调制原理，火箭上安装三个棱镜，瞄准直角棱镜、同步直角棱镜和跟踪用直角锥形棱镜并且通过光谱分割将三路信号分开。其双光路平行光通过转向五棱镜镜折转90之后交汇于被瞄棱镜附近因此瞄准工作距离和跟踪零位都是不可调的，其有效负载是转向五棱镜。本文提出的新原理是采用简单的单光路系统和简单的相位扫描调制法同时获取火箭上被瞄棱镜的方位转角和平移信息，从原理上讲其工作距离是任意的而且其跟踪零位是连续可调。当捆绑式运载火箭出现之后，火箭平台瞄准直角棱镜的风摆量明显减小，跟踪瞄准仪也就退出了历史舞台但是作为一项重大科研成果曾经轰动一时，为此1981年和1984年航天部科研局曾经两次下达通知敦促十五所将其申报国家重大发明奖。由于本人不认可某个单位的做法最终决定放弃申报。2系统组成 本风摆跟踪瞄准系统由光电准直平行光管、测量与控制电路和执行机构组成。执行机构包括伺服电机、传动丝杠,而有效负载是转向五棱镜或者是光管本身，如图1，2。 系统中，风摆跟踪与方位瞄准共用一个光管，与在用的远距离光电瞄准仪中使用的光管的主要区别只是出射平行光的调制方法不同，其次是光管内增加了一个平移信号接收光敏元件和一个鉴相基准信号接收光敏元件。由微型同步电机带动调制盘（或杯），盘上的等距通光孔对出射平行光束进行水平切割，成为明暗相间的等速水平移动的扫描光束投向被瞄直角棱镜。返回光汇聚于物镜焦平面狭缝。当被瞄直角棱镜方位转动时，汇聚光点将在物镜焦平面内左右移动并且分别被左右两个瞄准光敏元件接收，两者信号之差即代表了被瞄棱镜的方位转角的大小和方向。返回光束被平移光敏元件接收，输出的光电信号经过放大和鉴相之后成为直角棱镜的左右平移信号。虽然被瞄棱镜的转动与平移信号在光路中混杂在一起，但是由于瞄准信号表现为光焦点的空间移动信号而被瞄棱镜的平移信号表现为相位变化信号，通过电路的不同处理方法可将其分离。平行光管控制电路运载火箭直角棱镜及其摇摆方向图1采用转向五棱镜进行跟踪的系统构成伺服电机平移导轨转向五棱镜丝杠螺母直角棱镜的截面积电控箱火箭上的被瞄棱镜伺服电机平行光管传动丝杠速度反馈-测速发电机图2采用平行光管直接跟踪的系统构成光调制和光电接收器限位和搜索控制开关（左）美国“土星运载火箭”瞄准仪采用转向五棱镜跟踪，无疑是一种绝好的方案，不但大大减小了跟踪负载的惯性更重要的是，由于采用转向五棱镜，其平移导轨的精度基本上不影响瞄准精度而采用平行光管直接跟踪时则导轨的精度精度直接影响方位瞄准精度因此必须采用超高精度的平移导轨，当摇摆量过大时，例如大于300mm或者瞄准精度要求过高时采用转向五棱镜可能是唯一的技术途径。本人的原理实验装置效仿了“土星运载火箭”，采用转向五棱镜进行跟踪，根据原理样机研制的激光跟踪瞄准仪则采用了瞄准仪（平行光管）直接跟踪方案。刀口狭缝棱镜右光敏元件左光敏元件鉴相基准光敏元件平移信号光敏元件半透半反平面镜微型同步电机调制电机杯形调制斩波器（绕主光轴旋转90的结果），调制盘被瞄棱镜光管物镜图3跟踪瞄准的光学系统平行光管的光路示意图杯形调制盘（杯）微型同步电机通光孔出射光缝全反射镀层，左右两侧光源燈3关于方位瞄准原理的简单介绍跟踪瞄准系统的主要任务是完成火箭的远距离发射瞄准，而跟踪系统只是保证火箭在风摆条件下也能顺利完成方位瞄准的辅助手段。本系统的方位瞄准原理仍然沿用此前常用的方法，这里只简单介绍，而本文的的重点是风摆跟踪系统。如图2所示，在准直的情况下被瞄直角棱镜的法线平行于平行光管光轴，其返回的平行光会聚在刀口狭缝棱镜的刀口，并通过狭狭缝棱镜两侧的全反射镀层斜面折射到左右瞄准光敏元件，在准直条件下左右瞄准光敏元件接收的返回光信号相等，经放大、检波和取差后为零。当被瞄棱镜出现方位转动时左右瞄准光敏元件接收的返回光信号不再相等，取差之后即为瞄准信号。此原理曾经在其他瞄准仪上使用因此本文不再介绍。左光敏元件右光敏元件带通放大直流放大至火箭自动瞄准控制回路瞄准误差指示表图4 瞄准回路框图带通放大检波检波4风摆跟踪信号的光学调制原理 假设被瞄直角棱镜的法线与平行光管光轴是平行的也就是处于光学准直状态，则跟踪的目的是要实现直角棱镜的水平中心与平行光管的水平中心重合，也即使直角棱镜的水平线中心保持在平行光管投射光环的中心。为此必须首先解决如何实时测量这个不重合误差。这一工作只能通过分析从直角棱镜返回到平行光管的光信号完成。简单的平行光束是无法实现这一功能的必须对出射平行光束进行适当处理也称为光学调制。通常采用幅度调制和相位调制。为了简化分析在不影响原理分析的条件下做如下假设：1)将平行光管出射的圆形平行光束假设为理想平行光束其截面看作为矩型，2)直角棱镜为全反射棱镜，返回的光强度与棱镜的受光面积成正比；3)明暗相间的调制光束等速扫描；4)扫描线及其明暗关系是绝对清晰而且均匀的，亮区与暗区的宽度相等；4.1.幅度调制原理所谓幅度调制是，通过对平行光管发出的平行光进行调制处理使直角棱镜返回的光信号中的基波幅值正比于被测量的跟踪误差X。幅度调制方法有很多种这里只简单的介绍本人在研制过程中曾经考虑的两种种方法。4.1.1.光闸幅度调制最初的考虑是采用左右两个对称光闸作为斩光器，1965年总参测绘所研制的1型光电瞄准仪就是采用光闸调制，将平行光管发出的平行光束分为左右两半，交替通光，左边亮时右边是暗的，反过来右边亮时左边是暗的，通光时间各占一半。虽然这一方法比较理想但是由于使用光闸的光学系统比较复杂而未被采用。进而设计了简单的机械扫描式幅度调制方法。简单的说就是通过一个上下扫描的机械遮光器将平行光管的出射平行光分割为左右两半，左边通光时右边不通光，反过来是右边通光时左边不通光，如此交替，左右通光时间各占一半，如图5。图5 光闸幅度调制的平行光束投影图暗区宽度D/2亮区宽度D/2被瞄棱镜中心线棱镜宽度b棱镜高度h跟踪误差X平行光束宽度D棱镜图5为光闸幅度调制的平行光束投影图。图6为光闸开关调制过程中的光电信号波形。在直角棱镜未移出平行光束时有 （1） 跟踪误差b 棱镜的宽度此时左右两部分相位相差180的信号幅值分别为 （2） （3）h 棱镜高度K 单位面积的光强度对应的光电变换输出电压tI对准时,X=0无交流分量棱镜左半边返回的光信号棱镜右半边返回的光信号棱镜左半边返回的光信号图6 采用光闸调幅调制时平移光电接收器的左右受光和值输出波形棱镜偏左X0出现交流分量棱镜偏右X0交流分量反向斩光调制周期T此时平移光敏元件所得到的光信号交流分量的最大幅值为 (4)直流分量为 （5）其基波分量为 （6） 上式表明，在上述光闸幅度调制下其接收的信号的基波分量的幅值与跟踪误差X成正比。当X为负时基波分量为 (7)此时基波分量的相位变化180。跟踪误差X为零时，即被瞄棱镜左右位置正好在平行光束的中间，棱镜左右半边反射回的光信号强度相等，但是相位差180，由于两者同时落在同一个光敏元件上其合成的光信号如图3中的第一条直线。交流分量为0，驱动电机静止不动。被瞄棱镜的位置在平行光束中心线偏左边时X0，棱镜左半边受光面积加大，反射回的光信号强度大于右半边反射回的光信号强度，两者同时落在同一个光敏元件上其合成的光信号如图6中的第二条线，出现频率为f的基波分量，经过以频率为f的基准信号的鉴相电路处理后的输出直流分量为正电压，伺服电机拖动负载，例如平行光管，向左移动以便减小棱镜左右对准的正向误差。被瞄棱镜位置在平行光束中心线偏右边时X0，棱镜右半边反射回的光信号强度大于左半边反射回的光信号强度，其合成的光信号如图5中的第三条线，也出现频率为f的基波分量，经过以频率为f的基准信号的鉴相电路处理后的输出直流分量为负电压，伺服电机拖负载向右移动以便减小棱镜的左右对准的反向误差。为了消除工频干扰，光闸调制频率选择与工频同步的50HzN,其中N为奇数。4.1.2.上下扫描的幅度调制 由于光闸幅度调制的光路比较复杂因此曾经采用简单的机械调制盘进行上下扫描完成幅度调制，此时扫描过程不是瞬间开关因此光信号波形的前后沿出现斜坡，基波分量有所减小，特别是当直角棱镜出现上下移动时将转化为基波分量的相位移动从而形成对平移信号的干扰，一种正交干扰。扫描幅度调制和下面介绍的扫描相位调制都采用简单的微型工频同步电机驱动调制盘，系统中采用25转/秒的3孔调制盘，调制频率f为75Hz。这种工频调制有利于滤除工频干扰。在采用上下扫描幅度调制时平移光电接收器的输出波形如图8所示。上下扫描式幅度调制的缺点是：1) 信号幅值有所下降；2) 棱镜上下移动时可能转化对平移信号的干扰；3) 不理想的平行光束中的斜光束不但降低有效平移信号的强度还可能改变跟踪零位。上述两种幅度调制方法中跟踪零位是固定的不能随意调节。X图7幅度调制扫描线扫描线暗区移动的方向被瞄棱镜高度H被瞄棱镜宽度b扫描中心线被瞄棱镜中心线平行光有效区向下移动的右暗区tI跟踪误差X=0棱镜左半边返回的光信号棱镜右半边返回的光信号棱镜左半边返回的光信号图8 上下扫描幅度调制时平移光电接收器的输出波形棱镜偏左X0棱镜偏右X0跟踪误差X0图10 相位调制的平移信号 4.2.2.相位调制的测位灵敏度所谓测位灵敏度就是跟踪误差增量对应的相位角增量。这里，相位灵敏度并非是一个常数而与系统跟踪位置有关。直角棱镜没有被平行光束切割的在正常敏区之内 (17)则有 (18) 当棱镜宽度b大于光束宽度D时只要 (19)此时直角棱镜并未移出平行光束，平移信号总为0。实际上此时因此也无须进行跟踪。当时 (20)则进入上述第二种工作状态，即系统处于半灵敏度区。上述两种情况下相位调制的测位灵敏度是不同的。 时直角棱镜处于平行光环之内为正常相位灵敏度为通常，光学系统可满足如下关系 (21)d 调制盘处的平行光最大宽度g 调制盘通光孔的宽度通常取 时直角棱镜的一侧处于平行光束之外。出现边沿效应。4.2.3.相位灵敏度与跟踪方向的关系上述相位灵敏度是在未考虑直角棱镜移动方向和移动速度的前提下给出的静态灵敏度，当考虑到棱镜移动速度时其相位灵敏度应为： (22) 为扫描线的移动速度 上式表示，实际的相位灵敏度是不对称的可能大于或者小于静态相位灵敏度，取决于跟踪方向和跟踪速度。实际上由于所以相位灵敏度的不对称并不明显。4.2.4.相位调制的误差a）相位扫描线倾斜的影响因调制盘安装或者平行光管存在滚动箭时会使平行光束的扫描线产生倾斜角，此时平移信号的波形将产生畸变。这种畸变相对理想波形总是对称的因此不会形成调制误差但是如果此时直角棱镜出现上下移动则棱镜中心相对扫描线出现上下移动则平移信号的基波分量将出现相位增量。 (23)这是一种正交耦合。耦合系数为。耦合严重时系统将无法正常工作，甚至出现系统振荡。b）相位扫描线的移动方向出现倾斜角此时扫描线扫描方向出现无效的垂直分量水平分量。二有效的水平扫描分量减小为： (24)结果将使系统相位灵敏度下降，静态和动态跟踪误差将会加大。时调制信号中的平移信号消失。c）直角棱镜的转角对平移信号的干扰 由于本系统使用单个直角棱镜同时完成方位瞄准和水平摇摆跟踪也就是同时获得直角棱镜的方位转动还水平移动信号因此当直角棱镜的偏角过大时返回光可能落在平行光管口径之外，此时两种信号同时消失，系统将自动进入目标搜索状态。当返回光的一部分进入平行光管口径时平移信号出现不完整状态，这里称为边缘效应。工作距离越大这种边缘效应的影响越大。这时本系统的一个缺点。但是实践证明这种干扰并不影响系统正常工作因为一旦直角棱镜的偏角慢慢减小的某个值此干扰即自动消失。d）调制盘的制造和安装误差 孔距不等，调制盘安装偏心，调制盘振动等因素将会形成调制干扰，其中的高频分量通过带通放大进行滤除而低频分量中的调制频率的偶次波分量在通过鉴相电路之后全部被滤除。e）光束发散角的影响 由于实际光源和光学系统不是理想的因此平行光束存在轴外光造成扫描线的明暗区模糊使得相位调制波形不是理想的梯形而且出现直流分量使得相位灵敏度下降和失去线性特性。4.3.电路设计4.3.1.交流放大器调制光信号被左右光敏元件和基准信号以及平移信号光敏元件接收并且转换为电信号再经过隔直流电容得到交流分量。为了突出所需的75Hz调制基波分量，交流放大级采用了Q值近似10的带通放大器将大部分高频分量衰减。所得到的纯净的基波信号送到鉴相电路。本系统的跟踪零位是可以连续调节的其方法是在基准信号电路的带通输出设置了移相电路，通过调整移相电位计完成基准信号的相位移动。这一点与后来见到的美国（发表的）“土星运载火箭”发射瞄准的跟踪系统不同。平移信号光敏元件带通放大鉴相鉴相基准光敏元件带通放大滤波和串联校正直流放大可控硅驱动 桥速度反馈校正电路导轨限位、制动和搜索控制开关伺服电机速度反馈用测速发电机图11风摆跟踪系统电路框图检波敏区判断移相电路移相电位计4.3.2.鉴相电路平移信号的光敏元件接收直角棱镜返回的调制光信号经过隔直流电容之后取出交流分量再经过带通滤波得到调制光的基波分量。在调幅系统中此基波分量的幅值正比于直角棱镜相对平行光环左右对准误差其相对基准信号基波的相位，0或者是180取决于左右对准误差的左右方向。在相位调制的系统中，此基波分量的相位，0至180连续变化，代表直角棱镜相对平行光环左右对准误差，0至90时对准误差为正值，90至180时对准误差为负值，其幅值与直角棱镜是否完全落在在平行光环之内有关。为了将上述交流信号变换为具有正负极性的直流信号不能采用简单的整流电路而需要采用相敏整流电路来完成，相敏整流电路又称为鉴相电路。图12为系统所用的日字形铁心全波鉴相电路。铁心的外围磁路中只流通基准信号产生的磁通信号，铁心的中心磁路中因左右绕组产生相反的磁通而对消有则没有基准信号产生的磁通。此时左右输出绕组感应出动输出电压相等，经过各自的全波整流电路其差值输出为0。 鉴相输出自鉴相基准信号自交流平移信号输出左输出绕组右输出绕组左基准信号绕组右基准信号绕组平移信号（交流）绕组日字形变压器铁心图12 全波鉴相电路全波整流全波整流ab当平移信号出现在铁心的中心绕组时，左右输出绕组对应的磁通与基准信号磁通相加或者相减，如果左边相加则右边为相减再经过各自的全波整流电路取差即得到全波鉴相输出。 (25)偶次谐波在通过鉴相电路之后将被100%的衰减因此鉴相电路也具有一定的选频作用。鉴相输出的脉动直流信号经过平滑滤波之再经过一级差动放大后作为伺服电机驱动电路的控制信号。注：目前有多种集成电路可以构成鉴相电路，上述变压器鉴相电路在40多年前则是一种先进的鉴相电路，下面的可控硅驱动电路也是如此。当时没有运算放大器，测速发电机的速度反馈信号是从鉴相变压器两个输出绕组的中心抽头a和b两端接入的。4.3.3.伺服电机驱动电路图13为伺服电机的功率放大采用了可控硅电桥驱动电路。四只单向可控硅V27和V28,V29和V30并联到双绕组功率隔离变压器。伺服电机的一端接到功率变压器的中心点，另一端连接到可控硅电桥的中点。功率回流二极管V31和V32为可控硅瞬时关断时伺服电机产生的反电势提供回流通路同时将为结束半波导通的那只可控硅提供反向电压将其有效关闭等待下一次被触发。可控硅的触发脉冲来自两个微型隔离脉冲变压器。可控硅需要单向触发因此正转脉冲发生器T1的付方绕组输出脉冲同时触发V29和V30而反转脉冲发生器T2同时触发V27和V28。 图13 伺服电机可控硅驱动电路脉冲发生器的反相电压被二极管V19，V21，V23和25V阻隔并且由反向回流二极管V15、V18、V20,V22,V24和V26为泄流。V2，V3，V4的组合和V8，V9，V10的组合相当于两个单结晶体管DZ,DY，也称为电压敏感开关，其左右控制信号来自鉴相电路的输出。左控制信号电压上升的初期DZ关闭，电容C1充电，当充电到某个电压值时电压敏感开关突然导通，电容C1突然通过DZ放电，当放电电压小于某个电压时DZ又突然关闭。此过程在微型隔离脉冲变压器T1的驱动三极管V6基级形成脉冲并且通过此变压器耦合到付绕组产生脉冲给可控硅V24，V25的控制级将其瞬间触发，但是只有对应正半波供电的可控硅的有效导通，将功率电压送到伺服电机，在工频的下一个半周则是另一个可控硅有效导通。为了使上述触发脉冲与工频同步，电压敏感开关由三极管V5和V11提供同步控制电压。二极管V31、V32和电容C3构成全波整流电路为伺服电机的定子提供激磁电压。可控硅驱动电路的优点是可以用微小的触发功率控制其导通并且输出巨大功率，影响时间较快，其缺点是可控硅的突然道通和关断造成高频干扰。5.风摆跟踪系统设计5.1.执行机构的计算和选择负载移动速度和角速度的计算直角棱镜的风摆运动可假设为简单的正弦运动 (26) 负载平移跟踪的最大摆幅 负载跟踪过程中滞后于直角棱镜的相位角 风摆周期 风摆的速度和角速度为 (27) (28) 最大速度和最大加速度为 (29) (30)由于跟踪加速度与摇摆周期的平方成反比因此设计一个高频快速跟踪系统比设计一个低频慢速的跟踪系统要困难得多。在忽略摩擦阻力和空气阻力时负载跟踪过程中所需最大作用力为 (31)在使用丝杠螺母传动时有 (32) 使负载产生最大加速度时丝杠输出的转矩 丝杠平均半径 丝杠的升程角 (33) 丝杠螺距 (34) (35)5.2.平移负载的质量折算到伺服电机轴上的等效转动惯量的计算 由于负载的运动是通过丝杠螺母将伺服电机的转动变为移动的所以负载质量的大小必然影响到风摆跟踪系统的动态特性，在计算系统动态特性时需要将负载质量折算到伺服电机轴上的等效转动惯量。 負載在丝杠螺母的驱动下的位移S为 (36) 丝杠的转角负载运动的最大速度还最大加速度为 (37) (38) 丝杠转动角速度 丝杠转动角加速度 (39 ) 丝杠的摩擦转矩 折算的等效转动惯量 (40) 在忽略摩擦转矩时为 (41)则有 (42)式中的就是平移负载的质量通过丝杠螺母传动而折算到伺服电机轴上的等效转动惯量的折算系数。折算转动惯量与丝杠螺距的平方成正比，可见减小螺距可以极大的减小折算结果。5.3.最佳螺距的计算在齿轮传动的控制系统设计中有一个最佳传动比的计算问题，在这里应该转化为最佳丝杠螺距的计算问题。按照负载跟踪的最大角速度来计算，考虑到丝杠的转动惯量时负载最大加速度为 (43)所需最大扭矩为 (44) (45)当时可得最佳螺距为 (46)5.4.伺服电机的选择通常是根据经验先适当选择一种伺服电机然后进行试算，如果不合适再重新选，直到满足为止。实际系统选择的范围在100200W，额度转速在200300rmin。5.5,跟踪瞄准系统的传递函数和动态指标系统主要结构和部件确定之后，跟踪零位附近线性化传递函数的固定部分也就确定了，为了得到良好的系统动态特性还需要根据需要的动态指标进行动态校正，即确定系统的可变部分。图15为跟踪系统的传递函数框图,其中放大环节 (47) 鉴相电路直流输出 鉴相电路的变换系数 交流放大器的放大倍数 (48)在跟踪零位附近有 (49)这时有 (50)直流放大器和平滑滤波的传递函数为 (51) 拉普拉斯算子 直流放大器的放大倍数 电容滤波器时间常数 伺服电机和负载的传递函数为 (52) (53) 伺服电机电枢电压转自转速之间的变换系数 伺服电机的机电时间常数 伺服电机的电枢电阻 伺服电机的力矩系数 伺服电机的感应电势系数 跟踪系统不变部分的开环传递函数为 (54) 这是一个具有一个积分环节的跟踪系统，主要动态指标简单计算如下。在最高跟踪频率为时对应的精度点高度，即开环对数频率特性曲线纵坐标为 (55) 负载正弦跟踪的最大摆幅 正弦跟踪的最大摆幅条件下跟踪误差的允许值 跟踪系统的最佳开环频率特性的切割频率为 (56)5.7.跟踪系统的并联反馈校正通常一个闭环跟踪系统是不稳定的，简单的降低开环放大倍数虽然可能使系统稳定但是将牺牲了跟踪精度和系统响应速度。为了在保证跟踪精度同时具有良好的响应速度则需要进行动态校正。根据系统静态和动态的技术指标可确定系统的希望的对数频率特性与系统原始对数频率特性相比可得到校正回路的频率特性，据此选择一种比较理想的串联校正电路。利用上述分析求得串联校正电路需要的许多原始参数和一些非线性因素一时难以获得准确数据，因此未能得到较好的结果。直角锥形棱镜图14 偏置跟踪直角棱镜偏置跟踪的跟踪零位线平行光管光束左边大敏区右边小敏区敏区偏置本系统主要依靠速度反馈进行校正。负载速度信号来自与丝杠同轴的微型测速发电机CS，其输出的直流速度信号经过RC电路之后加到加法放大器的点，构成速度负反馈。通过调整速度反馈电位计W5实现闭合系统动态校正，满足系统稳定和对阶跃输入的响应速度和超调量的要求其简单和有效远超过串联校正。测速发电机的选择应该与伺服电机额定速度相适应以保证在较低的跟踪速度下转速下测速发电机仍然有一定的输出。至此，风摆跟踪系统通过火箭上的瞄准直角棱镜的返回光束构成一个闭环位置反馈跟踪系统使瞄准仪发出的瞄准平行光束自动跟踪直角棱镜的摇摆以保证在火箭仪器舱遇风摇摆时方位瞄准的正常进行。 W-图15 跟踪瞄准系统传递函数框图测速电机信号伺服电机丝杠螺母直流放大和串联校正网络前置放大速度反馈校正网络总加点5.8.单向限位和双自动搜索电路 图16 限位和搜索控制电路5.8.1.单向限位控制为了防止负载五棱镜在平移导轨上移动到两端时出现卡死和对导轨两端的充击，系统设置了单向自动限位功能。图16。当负载移动到左（右）端时触动限位开关S1-1,接通运算大器N的反馈二极管V1（V2）将此运算放大器的输入输出进行单向短路则此方向的跟踪信号衰减为0，切断伺服电机驱动电路在此方向的驱动电压，由于是单向短路因此不影响返回跟踪信号的正常工作。为了防止负载因惯性而冲击导轨的端部，系统设还置了制动控制。由于冲击力与负载制动时刻的末速度成正比因此制动控制力应该正比于制动时负载的末速度。为此本系统采用了简单的能耗制动方法。伺服电机被单向断电而惯性转动时成为“发电机”，此时制动开关的制动触点将制动电阻R12并联到伺服电机的电枢两端，将惯性能量消耗在制动电阻上并产生正比于负载末速度的制动转矩进行刹车。为了不影响返回的正常跟踪系统采用了单向制动控制，在伺服电机电枢两端反并联了两个可控硅V4和V5并且由限位开关S1-2或者S2-2将其触发而单向导通通。当反向跟踪信号出现时此可控硅被关断，系统进入反向正常跟踪状态。这里可控硅V4和V5作为单向功率开关从而减轻了微型限位开关的电流负荷。上述单向限位和控制电路确保负载以最大的速度冲向导轨的一端时能停留在距离导轨端部不足1mm处而避免冲闯。5.8.2自动和手动搜索在跟踪系统开始工作时或者由于某种原因，例如平行光被意外遮挡而丢失跟踪信号，系统可进入手动或自动往复搜索状态直到捕获目标