淺談雷達(dá)伺服系統(tǒng)抗干擾的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘要：隨著雷達(dá)機(jī)動(dòng)性的不斷提高，雷達(dá)的伺服系統(tǒng)涵蓋的內(nèi)容也越來越全面、復(fù)雜。因此要求綜合全面地考慮各種因素，采取多種措施，解決其電磁兼容性問題，保證雷達(dá)及其伺服系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電磁干擾;可靠性;優(yōu)化設(shè)計(jì)

0引言

隨著雷達(dá)總體對(duì)伺服系統(tǒng)功能的要求不斷提高，伺服系統(tǒng)越來越復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要求綜合考慮各種因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升抗干擾能力，抑制干擾源，避免伺服分系統(tǒng)與雷達(dá)其它分系統(tǒng)以及周圍電磁環(huán)境的相互影響，保證其免受或少受電磁干擾，消除發(fā)生性能惡化和誤動(dòng)作的因素，解決其電磁兼容性問題，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力，滿足雷達(dá)的可靠性要求。

1伺服系統(tǒng)干擾源及干擾形式

導(dǎo)致設(shè)備、傳輸信道和系統(tǒng)性能劣化的電磁騷擾即電磁干擾（EMI）。既可以是來自設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部的內(nèi)部干擾，也可以是來自系統(tǒng)外部的外部干擾。電磁干擾包括三個(gè)要素：干擾源、耦合通道、受擾體。產(chǎn)生電磁干擾的發(fā)射體即為干擾源，通常影響系統(tǒng)的干擾源大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位。

傳遞電磁干擾的途徑即耦合通道，主要包括傳導(dǎo)干擾，可以通過電源線、信號(hào)線、地線、互連線、接地導(dǎo)體等進(jìn)行耦合;以及通過空間耦合直接傳播的空間干擾。雷達(dá)伺服系統(tǒng)中的伺服控制器、變頻器等PWM伺服驅(qū)動(dòng)單元自身就是大的干擾源，其產(chǎn)生的電磁干擾通過各種連接線纜和空間輻射直接干擾伺服系統(tǒng)的控制信號(hào)、通訊信號(hào)甚至干擾雷達(dá)其他分系統(tǒng);同時(shí)伺服分系統(tǒng)也會(huì)受到其他系統(tǒng)以及裝備周圍環(huán)境的電磁干擾，造成伺服系統(tǒng)不能正常工作，甚至影響雷達(dá)整機(jī)性能。

2伺服系統(tǒng)的抗干擾措施

伺服系統(tǒng)的抗干擾措施主要包括濾波技術(shù)、電磁屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、浪涌抑制技術(shù)。選擇滿足EMC要求的電源作為系統(tǒng)中所需的直流電源，選用適合的EMI濾波器作為伺服驅(qū)動(dòng)單元的輸入濾波器或輸出濾波器。抑制電網(wǎng)中的諧波對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)單元的干擾，及伺服驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)和周圍部件的干擾。

電磁屏蔽采用低阻值的金屬材料作為屏蔽體，當(dāng)電磁波通過金屬板時(shí)，金屬板產(chǎn)生感應(yīng)渦流形成歐姆損耗，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軗p耗，而渦流反磁場抵消入射波干擾磁場產(chǎn)生，吸收損耗，從而切斷電磁波的耦合途徑。采用靈活的接地方式，單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地結(jié)合應(yīng)用，按照不同的信號(hào)特性，將互不干擾的電路布置在同一區(qū)域，區(qū)域內(nèi)采用串聯(lián)單點(diǎn)接地，避免因地線過長而增大接地電阻，區(qū)域間采用并聯(lián)單點(diǎn)接地，解決公共阻抗耦合的問題。

3電氣控制柜的設(shè)計(jì)

因?yàn)榻饘贆C(jī)殼對(duì)電磁場的屏蔽作用，所以控制柜必須采用金屬材料。在空間允許的情況下，盡量將強(qiáng)電部分和弱電部分，控制部分和驅(qū)動(dòng)部分分別布置在不同的電氣控制柜中。如果沒有空間，必須混合在一個(gè)電氣控制柜里，更要合理布置，盡量減少相互間的干擾。雷達(dá)的供電系統(tǒng)一般是三相四線制，由于電源中線對(duì)大地間存在共模干擾，電源相線和中線間存在差模干擾，因此不把中線引入伺服機(jī)柜中，只引入相線，采用隔離變壓器變出所需電壓，實(shí)現(xiàn)電路的電氣隔離，解決由地線環(huán)路帶來的系統(tǒng)間相互干擾，并保證電源線的橫截面積足夠大，避免產(chǎn)生過大的壓降。

4電氣控制柜的布置

根據(jù)不同的電路特性，將單元器件布置在不同的區(qū)域中，電氣元件間留有一定的通風(fēng)空間，且不阻礙冷卻風(fēng)扇的風(fēng)向，冷卻風(fēng)扇靠近發(fā)熱單元安裝。伺服驅(qū)動(dòng)單元靠近柜子底部安裝，與其EMI濾波器安裝在同一塊金屬板上，配線盡量短，金屬板要良好接地，兩者的金屬外殼或接地端要可靠地固定在金屬板上，且接觸面導(dǎo)電良好，接觸面積盡可能大，以避免將濾波器的泄露電流和噪聲電流引入其他部分，同時(shí)避免濾波器高頻衰減特性變壞。濾波器的輸入線和輸出線分開捆扎，互相不靠近，避免因耦合降低其高頻特性。

柜內(nèi)的機(jī)箱或殼體上常有必須的開孔或不同部分接合的縫隙等，導(dǎo)致電不連續(xù)，降低了屏蔽效能，因此將孔、縫布置于遠(yuǎn)離輻射源的地方，增加接縫處的重疊尺寸，在接合面上導(dǎo)電彈性襯墊，或增加螺釘數(shù)量，縮短螺釘間距。此外，避免開大孔和細(xì)長孔，以減少泄露量。電控柜中布線按強(qiáng)電、弱電分開，不把信號(hào)線和動(dòng)力線捆扎在一起，避免弱電信號(hào)受到強(qiáng)電信號(hào)的干擾。

伺服驅(qū)動(dòng)單元到電機(jī)的動(dòng)力電纜選用帶金屬屏蔽層的電纜，電機(jī)的編碼器信號(hào)線、傳感器信號(hào)線、驅(qū)動(dòng)單元控制線、伺服控制線等數(shù)字信號(hào)線采用雙絞屏蔽電纜，電纜兩端的屏蔽層連接到連接器的金屬外殼上。

信號(hào)電纜布置遠(yuǎn)離變頻器、伺服控制器、變壓器、接觸器（繼電器）等會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的磁場干擾的部件。多心電纜中未使用的芯線要一端接地，既可增強(qiáng)屏蔽效果，又可抑制芯線間的信號(hào)串?dāng)_及外部干擾。

電纜轉(zhuǎn)彎半徑盡可能大，且避免遭受機(jī)械性外力侵?jǐn)_，從而避免在電纜出口處或連接處造成接觸不良，或屏蔽層損壞。電機(jī)電纜、驅(qū)動(dòng)單元通訊電纜、反饋電纜等盡量短且連續(xù)，中間最好不通過連接器過渡，以減少干擾。

5軟件措施

對(duì)于模擬輸入信號(hào)，采用數(shù)字濾波技術(shù)消除噪聲。此外，雷達(dá)伺服系統(tǒng)的檢測節(jié)點(diǎn)常采用接近開關(guān)等電磁感應(yīng)器件，在露天環(huán)境下易受到影響，產(chǎn)生瞬間誤觸發(fā)現(xiàn)象，因此常采用“延時(shí)”檢測的方法，防止誤觸發(fā)引起的系統(tǒng)誤動(dòng)作。

6結(jié)束語

在雷達(dá)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，細(xì)致周密地進(jìn)行系統(tǒng)分析，敏銳地發(fā)現(xiàn)干擾源，靈活運(yùn)用各種軟硬件抗干擾措施，互相補(bǔ)充完善，切斷干擾的傳播途徑或衰減干擾，形成穩(wěn)定可靠的伺服系統(tǒng)。

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作者簡介：張武琨（1983.7—）安徽五河縣人，工程師，主要從事雷達(dá)整機(jī)產(chǎn)品伺服系統(tǒng)控制技術(shù)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究