雷達(dá)中伺服驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)應(yīng)用

摘 要:雷達(dá)伺服分系統(tǒng)包括天線方位伺服部分和天線俯仰伺服部分。伺服分系統(tǒng)的方位驅(qū)動(dòng)分機(jī)和俯仰驅(qū)動(dòng)分機(jī)內(nèi)，都有一個(gè)結(jié)構(gòu)和原理完全相同的控制器。它由可控硅觸發(fā)器、輸出電流、電壓采樣以及反饋電路電源電路等部分組成。天線方位伺服部分的作用，是手動(dòng)或計(jì)算機(jī)操縱天線，將天線調(diào)定在0°～360°范圍內(nèi)的任意給定位置上，均能實(shí)現(xiàn)天線1～3r/min自動(dòng)環(huán)掃(PPI狀態(tài))，通過計(jì)算機(jī)可改變天線的轉(zhuǎn)速。天線俯仰伺服分機(jī)的作用，是手動(dòng)或計(jì)算機(jī)操縱天線，將天線調(diào)定在0°到88°范圍內(nèi)的任意給定的位置上，均能實(shí)現(xiàn)天線1°～360°范圍內(nèi)自動(dòng)俯仰(RHI狀態(tài))，通過計(jì)算機(jī)可改變自動(dòng)俯仰的速度及掃描范圍。

關(guān)鍵詞:雷達(dá) 伺服 天線 方位 俯仰

中圖分類號(hào):TN954文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(b)-0026-02

1 雷達(dá)伺服分系統(tǒng)概述

雷達(dá)伺服分系統(tǒng)包括天線方位伺服部分和天線俯仰伺服部分。

天線方位伺服部分的作用，是手動(dòng)或者計(jì)算機(jī)操縱天線，將天線調(diào)定在0°～360°范圍內(nèi)的任意給定位置上，均能實(shí)現(xiàn)天線1～3r/min自動(dòng)環(huán)掃(PPI狀態(tài))，通過計(jì)算機(jī)可改變天線的轉(zhuǎn)速。在應(yīng)急工作時(shí)，天線可實(shí)現(xiàn)1～1.5r/min連續(xù)自動(dòng)環(huán)掃。

天線俯仰伺服分機(jī)的作用，是手動(dòng)或計(jì)算機(jī)操縱天線，將天線調(diào)定在0°～88°范圍內(nèi)的任意給定的位置上，均能實(shí)現(xiàn)天線1°～360°范圍內(nèi)自動(dòng)俯仰(RHI狀態(tài))，通過計(jì)算機(jī)可改變自動(dòng)俯仰的速度及掃描范圍。在應(yīng)急工作時(shí)，天線可向上或向下改變俯仰位置。

在伺服分系統(tǒng)中，除了由同步機(jī)等構(gòu)成的位置環(huán)外，還有速度環(huán)、電流環(huán)以及電壓環(huán)。速度環(huán)的信號(hào)由方位測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞繞組產(chǎn)生，在系統(tǒng)中產(chǎn)生阻尼信號(hào)。電流環(huán)的電流信號(hào)是由套在功率放大器輸出至方位執(zhí)行電機(jī)電樞導(dǎo)線上的電流傳感器產(chǎn)生的。電壓環(huán)的電壓信號(hào)是電機(jī)電樞兩端的電壓，通過電壓傳感器所產(chǎn)生。在系統(tǒng)中稱為電壓反饋信號(hào)。

2 伺服系統(tǒng)在雷達(dá)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

在雷達(dá)整機(jī)中，伺服驅(qū)動(dòng)分系統(tǒng)是必不可少的。伺服系統(tǒng)最主要的就是伺服分機(jī)和驅(qū)動(dòng)分機(jī)。

2.1 伺服分機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用

伺服分機(jī)主要由伺服放大器、電源變換器、穩(wěn)壓電源板以及控制繼電器、控制開關(guān)、電壓表和狀態(tài)指示燈等部件組成。主要是用來完成伺服分系統(tǒng)的開關(guān)機(jī)、提供低壓電源、選擇控制方式及信號(hào)調(diào)整。

2.1.1 工作過程概述

伺服分機(jī)在數(shù)控工作狀態(tài)時(shí)，是用計(jì)算機(jī)操縱天線，方位誤差和俯仰電壓信號(hào)由監(jiān)控系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生，經(jīng)伺服分機(jī)分別送至方位伺服放大器和俯仰伺服放大器進(jìn)行電壓放大;在受控工作狀態(tài)時(shí)，受控信號(hào)是通過轉(zhuǎn)動(dòng)監(jiān)控分系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集分機(jī)面板上的手搖裝置產(chǎn)生有正、負(fù)極性的電壓。方位受控誤差和俯仰受控誤差信號(hào)由監(jiān)控機(jī)柜送來，經(jīng)伺服分機(jī)分別送至方位伺服放大器和俯仰伺服放大器進(jìn)行放大。

經(jīng)放大后的方位誤差電壓和俯仰誤差電壓分別送至方位驅(qū)動(dòng)分機(jī)和俯仰驅(qū)動(dòng)分機(jī)。伺服分機(jī)上的電壓表能夠接收到伺服放大器誤差信號(hào)輸出端，從而對(duì)方位、俯仰誤差電壓進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)視。

伺服分系統(tǒng)還需有故障檢測(cè)和保護(hù)的功能。一般伺服分機(jī)輸出的故障檢測(cè)信號(hào)有:俯仰-2°監(jiān)視、俯仰+90°監(jiān)視、+12V故障、+24V故障、+15V故障。可以在伺服分機(jī)面板上設(shè)計(jì)信號(hào)指示燈，這樣就能直觀地查看工作狀態(tài)。

2.1.2 伺服放大器

伺服放大器的工作原理包括兩個(gè)方面，一方面是接受各種不同狀態(tài)信號(hào)，進(jìn)行狀態(tài)的選擇轉(zhuǎn)換;另外一方面是在各種狀態(tài)下，把誤差信號(hào)、反饋信號(hào)、阻尼信號(hào)混合后放大。兩個(gè)伺服放大器完全相同，其工作原理也相同。

伺服系統(tǒng)的控制狀態(tài)包括手控和數(shù)控狀態(tài)。數(shù)控狀態(tài)為計(jì)算機(jī)控制。手控/數(shù)控的轉(zhuǎn)換是由分機(jī)面板上的手控/數(shù)控轉(zhuǎn)換開關(guān)來完成的。當(dāng)處于數(shù)控時(shí)，伺服放大器的繼電器線包不得電，繼電器不工作。此時(shí)，整個(gè)分系統(tǒng)受控于計(jì)算機(jī)。當(dāng)處于手控狀態(tài)時(shí)，伺服放大器的繼電器工作。誤差信號(hào)和阻尼信號(hào)都是來自于手動(dòng)控制，這時(shí)，數(shù)控誤差增益和阻尼不再起作用，計(jì)算機(jī)也不能控制伺服分系統(tǒng)，伺服分系統(tǒng)受控于手控裝置。

2.2 驅(qū)動(dòng)分機(jī)

驅(qū)動(dòng)分機(jī)的功能是提供足夠的電壓電流來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使天線作方位、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)。

雷達(dá)有方位驅(qū)動(dòng)分機(jī)和俯仰驅(qū)動(dòng)分機(jī)兩個(gè)獨(dú)立的分機(jī)。兩個(gè)分機(jī)除了輸入的交流電源和輸出的直流電壓不同外，其余結(jié)構(gòu)及電路都完全一樣。它主要由控制器、可控硅整流器、脈寬調(diào)制器、IGBT開關(guān)功率放大器等組成。方位/俯仰驅(qū)動(dòng)分機(jī)的面板布局如圖2所示。

方位驅(qū)動(dòng)分機(jī)所需的～115V電源和俯仰驅(qū)動(dòng)分機(jī)所需的～75V電源由伺服電源分機(jī)提供?？煽毓枵髌鲗⒔涣麟娫催M(jìn)行可控整流后，作為開關(guān)功率放大器的電源;控制器的作用是為可控硅提供觸發(fā)脈沖。脈寬調(diào)制器將伺服分機(jī)送來的誤差信號(hào)調(diào)制成具有固定頻率和幅值而脈寬隨誤差信號(hào)大小、極性而變的脈沖信號(hào)送至IGBT進(jìn)行開關(guān)功率放大，IGBT的輸出最終作用于執(zhí)行電機(jī)上。

驅(qū)動(dòng)分機(jī)中的控制器的功能一是作為觸發(fā)器，用來驅(qū)動(dòng)分機(jī)可控硅整流電路提供觸發(fā)脈沖，使可控硅整流橋?yàn)镮GBT開關(guān)功率放大器提供較為穩(wěn)定的直流電路，進(jìn)而穩(wěn)定受脈寬調(diào)制的開關(guān)功率放大器的放大量，使伺服電機(jī)得到的驅(qū)動(dòng)功率只隨誤差信號(hào)的大小變化，而不受交流供電電壓波動(dòng)的影響;二是對(duì)IGBT開關(guān)功率放大器的輸出電流、電壓進(jìn)行采樣，作為電流、電壓的反饋信號(hào);三是提供驅(qū)動(dòng)部分的正負(fù)12V直流電源。

脈寬調(diào)制器用來把伺服放大器送出的方位/俯仰小功率誤差信號(hào)調(diào)制成具有固定的脈沖頻率和脈沖幅值的脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)的寬度隨輸入的誤差信號(hào)的大小和極性的變化而變化，而且脈沖寬度的變化與誤差信號(hào)的變化呈現(xiàn)線性關(guān)系。脈寬調(diào)制器共有兩個(gè)，分別置于方位和俯仰驅(qū)動(dòng)分機(jī)內(nèi)，可以互換。

開關(guān)功率放大器的功能是以開關(guān)的形式將脈寬調(diào)制器送來的小功率驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)放大到足以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)使天線轉(zhuǎn)動(dòng)。

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