机电式雷达自动调平系统设计

z.---..--总结资料机电式自动调平系统设计摘要：本文介绍了一种针对一机动雷达天线车自动调平系统的设计，该系统采用伺服电机作驱动源，通过减速器带动丝杆伸缩推动千斤顶动作，以水平传感器测取天线车倾斜信息，自动调平处理器以一单片机为核心，接收传感器信息判断并发出信号，控制相应调平腿动作直到天线车水平。该系统实验证明，其调平精度及时间均能满足雷达整机的要求。关键词：机电式PWM自动调平1引言随着现代战争中飞机、导弹等空中进攻性武器性能的快速开展，使军用地面雷达面临严峻挑战，在不断追求功能完善、性能先进、工作可靠的同时，对雷达的机动性提出了更高的要求。近几年来，为使雷达做到快速架设投入战斗、迅速拆收转移阵地，在设计时对以前许多由人工完成的动作都采用了自动控制完成，如雷达的架设、拆收、方位标定、调平等，本文介绍了一种雷达天线车的自动调平系统的设计。雷达天线车自动调平系统是机、电设计严密结合的一体化自动控制系统，一般包括执行、控制、传感等局部。由于执行机构采用的驱动方式不同又可分成两大类，一种采用液压作为驱动源，称为机电液一体化系统，另一种采用电机产生原动力，通过减速器驱动丝杆动作，称为机电一体化系统。本文介绍的自动调平系统是一种机电一体化系统。2系统简介本系统是针对一新型雷达进展设计的，该雷达进展高度的集成化设计，雷达天线、发射机、接收机、信号处理等均安装于一机动车的平台上，雷达天线采用轻型的双弯曲抛物面天线，工作时必须将天线车调平才能保证雷达的测量精度。天线车的总重约18000公斤，有四只机电调平腿，调平腿工作时的跨距约为5×2.3米，调平过程中每只千斤顶载荷约8000公斤，静态载荷约12000公斤，千斤顶行程为500mm，具有自锁功能。雷达系统对天线车自动调平的主要技术指标为：调平时间不大于3分钟调平精度，任意方向小于6¹本系统是机电一体化系统，调平执行机构采用交流伺服电机通过摆线减速器驱动梯形丝杆千斤顶来完成天线车四个支撑腿的升降，采用倾斜传感器来测取天线车纵轴与横轴的倾斜角，倾斜信号输入控制箱内微处理电路，对数据分析判断后分别输出脉冲串去驱动四路交流电机运转，从而控制调平执行机构对天线车调平。系统总体设计布局如图一。1、调平腿2、座车图一、天线车自动调平总体设计布局本套调平系统由调平执行机构、控制机构、传感器几局部组成，以下分别介绍各局部设计方法。调平执行机构设计组成及功能调平执行机构包括伺服电机和传动系统，伺服电机受计算机控制产生驱动原动力，传动系统是由一组齿轮构成的减速器，将电机原动力转换成驱动调平千斤顶丝杆升降的动力。调平执行机构由交流伺服电机、渐开线锥齿轮、摆线减速器、丝杆、滑行螺母〔输出〕等组成。执行机构组成框图如图2。1、交流伺服电机2、渐开线锥齿轮3、摆线减速器4、丝杆5、滑行螺母〔输出〕6、手动轴图二、调平执行机构组成框图如图2所示，当伺服电机受指令控制正向或反向转动时，执行机构滑行螺母〔输出〕通过丝杆上下移动，从而实现对天线车的水平调整。3.2伺服电机设计考虑伺服电机可以分为交流型与直流型两大类。交流伺服电机又可分为异步三相交流电机与同步三相交流电机。异步三相交流电机多用于数千瓦以上的大功率或超大功率调速系统，即所谓的矢量控制或变频调速系统，同步三相交流电机一般用于位置控制伺服系统中。无论是同步或异步三相交流电机，随着电力半导体技术的进步，微型计算机和数据处理芯片的飞速开展，对交流电机控制理论日益成熟，使得三相交流电机的调速性能到达甚至超过了直流电机的性能水平，目前采用交流伺服电机驱动已经是现代伺服系统的开展方向。由于交流伺服电机没有碳刷，免去了对电机的大量维护工作，使用起来很方便，而直流电机的最大弱点就是其碳刷易磨损，需要定期的、经常的维护。因此本调平系统采用三相永磁式同步交流伺服电机作为驱动。采用交流伺服电机的另一优点是同等功率的电机，其转矩惯量比大〔比通常的直流电机的M/J大50-100倍〕，因此交流伺服电机的体积相对较小，这对系统的构造布局和安装设计都有好处。本套调平系统采用的交流伺服电机是松下系列产品，电机功率1.5KW,转速为2000转/分。该电机采用的控制技术是正弦波驱动的脉宽调制驱动技术，即PWM〔PULSEWIDTHMODULATION〕控制技术，其驱动元件为IGBT，这种技术是电机无刷化的一种趋势，也是减少能源消耗的一种开展方向。该电机编码器采用的是增量式旋转编码器，无论是采用位置控制方式，还是采用速度控制方式，其控制精度都相当高。PWM用于雷达伺服系统中，作功率放大器用，以驱动电机运转。3.3传动设计传动局部需要设计圆锥齿轮、摆线减速器、千斤顶，其设计指标分别为：减速比为118，丝杆螺距为12mm。3.4系统主要参数分析千斤顶升降全程时间电机转速为2000转/分，减速比为118，则丝杆的转速为17转/分，图2中滑行螺母运行完全程的时间为1.97分，小于2分。电机指标核算按电机功率计算公式P=〔M×N〕/9.55式中：M-电机转矩N-电机转速将本系统中伺服电机额定功率和额定转速数据带入，得该电机额定转矩为7.2N.M，系统调平过程中单只千斤顶受力为8000公斤，电机实际转矩为5N.M，电机实际功率为1047W，小于额定功率。千斤顶丝杆自锁性能校核本调平系统中丝杆为梯形螺纹付构造形式，其自锁性能的好坏取决于自身螺旋升角的大小。理论证明当螺旋升角小于4.5度时，该螺纹付具有可靠的自锁能力。按螺纹付升角公式a=Arctg(T/3.14d)经计算，该梯形螺纹付升角为2.6度，小于4.5度，故该螺纹付具有可靠的自锁能力。4调平控制机构设计自动调平原理与人工调平一样，控制机构首先由水平传感器检测天线车水平状况，然后由自动调平处理器对数据分析判断后，输出控制信号控制相应撑腿升、降，最终实现天线车的调平。控制机构硬件设备有水平传感器、自动调平处理器，同时编制有处理算法软件。4.1水平传感器本调平系统水平传感器采用**26所生产的CW-78型水平仪，其测量范围为±5度，测量精度小于2分，两维输出。水平仪安装于天线车上，且方向符合*-Y方向。4.2调平处理硬件组成硬件主要由调平处理器、脉冲发生器、手控键盘、落地检测电路、驱动电机等几局部组成。调平处理器调平处理器是本设备的核心，它不仅接收水平传感器送来的数据，而且还要接收手控键盘送来的天线车各腿的控制指令、调平指令、以及落地检测信号。同时，它还发出控制指令，调整脉冲发生器发出的脉冲频率，控制执行电机动作。手控键盘手控键盘发出串行控制指令。水平传感器水平传感器输出天线车的倾斜数据到调平处理器，这是本应用的关键，调平处理器根据受到的数据进展计算并作出判断，然后发出控制指令。落地检测电路落地检测电路用来判断天线车4条撑腿是否着地，以判断何时开场进展调平动作。脉冲发生器脉冲发生器输出频率可变的脉冲，用来驱动执行电机动作，输出的脉冲频率受控于调平处理器。工作原理自动调平处理器与外部设备连接的框图如图三所示。图三、自动调平处理器连接框图当自动调平处理器收到水平传感器送来的数据后，首先判断天线车是否水平。假设不平，就进展计算以决定下面将要进展的操作，然后根据计算结果发出控制指令，此过程反复进展，直到最后到达调平。软件框图见图四。调平控制过程是一种模糊逻辑控制过程，其根本思路是以最高点为基准，其余各点逐步上升向其逼近，最终到达水平。调平软件算法设计采用模拟人工调平的方法，首先采样水平传感器的数据，然后判断需调整哪条撑腿，执行调整后，再次采样水平传感器，然后再次判断需调整哪条撑腿，如此反复进展直到最后调平。图四、天线车自动调平软件流程4.4调平时间分析假设滑行螺母运行到全程确实１／２处开场调平。调平时各腿的运行情况是：根据天线车的倾斜状况，有时三腿同时运行，有时双腿同时运行，有时单腿运行。平均按双腿同时运行计算，假定滑行螺母平均走完全程的90%时天线车水平，则调平时间为：T=0.98+(200×0.9×2)/203=2.75分，小于3分。５