DX系列發(fā)射機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)中伺服控制系統(tǒng)分析

王興松

【摘 要】本文對(duì)伺服控制技術(shù)的工作原理進(jìn)行了分析，并詳細(xì)介紹了DX系列中波發(fā)射機(jī)中使用的伺服控制系統(tǒng)，最后結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)介紹了伺服控制系統(tǒng)的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】DX系列發(fā)射機(jī) 伺服控制技術(shù) 伺服控制系統(tǒng)

【中圖分類號(hào)】 G250.72【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0022-02

一、伺服控制系統(tǒng)的基本原理和組成

伺服系統(tǒng)就是用來(lái)控制被控對(duì)象的某種狀態(tài)，使其能自動(dòng)地、連續(xù)地、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化規(guī)律，而伺服控制技術(shù)指要求系統(tǒng)準(zhǔn)確地跟蹤控制命令、實(shí)現(xiàn)理想運(yùn)動(dòng)控制的一種過(guò)程。伺服電機(jī)是伺服控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，伺服電機(jī)的工作過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)。

伺服控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。理想情況下，伺服控制系統(tǒng)的被控量和給定值任何時(shí)候都應(yīng)該相等，完全沒有誤差，而且不受干擾的影響，然而在實(shí)際系統(tǒng)中，由于機(jī)械部分質(zhì)量、慣量的存在以及電路中電感、電容的存在和能源功率的限制，運(yùn)動(dòng)部件的加速度不會(huì)很大，速度和位移不會(huì)瞬間變化，而要經(jīng)歷一段時(shí)間。因此，控制精度是衡量一個(gè)伺服控制系統(tǒng)技術(shù)水平的重要尺度，高質(zhì)量伺服控制系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，被控量對(duì)給定值的偏差應(yīng)該是很小的，比如，美國(guó)HARRIS公司DX-600型中波發(fā)射機(jī)伺服控制系統(tǒng)中調(diào)諧伺服驅(qū)動(dòng)的電位器位置（也稱被控量）約為8. 26，而設(shè)定值（也稱給定值）約為8.35。

二、DX發(fā)射機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的伺服控制系統(tǒng)

DX型中波發(fā)射機(jī)具有一大（大功率）、三高（高效率、高質(zhì)量、高穩(wěn)定）、三化（數(shù)字化、固態(tài)化、自動(dòng)化）的特點(diǎn)，在我國(guó)發(fā)射臺(tái)站已經(jīng)獲得廣泛使用。在DX400型及以上大功率中波發(fā)射機(jī)中均使用了并機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是并機(jī)網(wǎng)絡(luò)中十分重要的組成部分，一般包括調(diào)諧伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)載伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（如圖2所示）。下面主要以DX-600發(fā)射機(jī)的伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

（一）伺服控制系統(tǒng)的作用

DX-600發(fā)射機(jī)伺服控制系統(tǒng)主要包括一塊伺服控制板，兩臺(tái)伺服馬達(dá)和兩個(gè)伺服電位器，它的主要作用是當(dāng)發(fā)射機(jī)處于N-0和N-1工作模式之間切換時(shí)，并機(jī)網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗必然會(huì)發(fā)生變化，而用于阻抗變換的 ？網(wǎng)絡(luò)（由調(diào)諧可調(diào)電容器、調(diào)載可調(diào)電容器和可調(diào)電感線圈組成）必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整才能達(dá)到阻抗匹配的要求，伺服控制系統(tǒng)就是對(duì) ？網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)諧可調(diào)電容器和調(diào)載可調(diào)電容器進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整來(lái)滿足阻抗匹配的要求。

調(diào)電容器實(shí)際位置的一個(gè)反饋環(huán)路。

如圖3所示，DX-600發(fā)射機(jī)使用了兩套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即調(diào)諧伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)載伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。調(diào)諧伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于調(diào)整 ？網(wǎng)絡(luò)輸入端的真空電容器C90的電容量，而調(diào)載伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于調(diào)整 ？網(wǎng)絡(luò)輸出端的真空電容器C91A∥C91B的電容量。伺服驅(qū)動(dòng)馬達(dá)是與伺服位置可調(diào)電位器相連接的，因此調(diào)整這個(gè)電位器可以準(zhǔn)確地對(duì)調(diào)諧和調(diào)載的伺服位置進(jìn)行預(yù)置。從伺服控制板上輸出的一個(gè)10V直流電壓作為伺服控制的基準(zhǔn)電壓，根據(jù)調(diào)諧電位器和調(diào)載電位器的不同位置，對(duì)應(yīng)的不同分壓值返送回伺服控制板。

如圖4所示，調(diào)諧伺服和調(diào)載伺服的位置反饋電壓經(jīng)CCU接口板分別送至伺服控制板的J1-B23和J1-B22，經(jīng)過(guò)緩沖器U11后，對(duì)應(yīng)的調(diào)諧位置和調(diào)載位置可以分別在采樣點(diǎn)TP19和TP18進(jìn)行測(cè)量。伺服位置反饋電壓加到一個(gè)誤差放大器上，與N-0和N-1工作模式下的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)誤差運(yùn)算電路后得到的這個(gè)比較器電壓對(duì)一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)調(diào)諧伺服馬達(dá)和調(diào)載伺服馬達(dá)的脈寬調(diào)制器再進(jìn)行調(diào)制。

調(diào)諧伺服位置反饋電壓送至伺服控制板J1-B23經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的RC低通濾波電路，去除射頻干擾信號(hào)，再經(jīng)過(guò)緩沖器U11-1。誤差放大器U10-8將調(diào)諧位置電壓與通過(guò)基準(zhǔn)電壓多路處理器的調(diào)諧N-0和調(diào)諧N-1基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在采樣點(diǎn)TP17端產(chǎn)生一個(gè)調(diào)諧驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該信號(hào)通路中，適當(dāng)調(diào)整R29（調(diào)諧跟蹤）可以防止調(diào)諧的擺動(dòng)；適當(dāng)調(diào)整R41（調(diào)諧上限）和R49（調(diào)諧下限）可以改變窗口比較器上限閥值和下限閥值，以防止對(duì)調(diào)諧電容器調(diào)整過(guò)度。

調(diào)載伺服位置反饋電壓送至伺服控制板J1-B22經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的RC低通濾波電路，去除射頻干擾信號(hào)，再經(jīng)過(guò)緩沖器U11-8。誤差放大器U5-1將調(diào)載位置電壓與通過(guò)基準(zhǔn)電壓多路處理器的調(diào)載N-0和調(diào)載N-1基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在采樣點(diǎn)TP24端產(chǎn)生一個(gè)調(diào)載驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該信號(hào)通路中，適當(dāng)調(diào)整R28（調(diào)載跟蹤）可以防止調(diào)載的擺動(dòng)；適當(dāng)調(diào)整R48（調(diào)載上限）和R47（調(diào)載下限）可以改變窗口比較器上限閥值和下限閥值，以防止對(duì)調(diào)載電容器調(diào)整過(guò)度。

我臺(tái)DX-600發(fā)射機(jī)不同工作模式對(duì)應(yīng)調(diào)諧/調(diào)載的反饋位置、設(shè)定值如表1所示。伺服位置反饋電壓和設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)立即進(jìn)行響應(yīng)，確定伺服馬達(dá)所需進(jìn)行的工作狀態(tài)，不管當(dāng)前設(shè)置的位置在哪，它會(huì)用最快的速度用最少的搜巡次數(shù)給出馬達(dá)的調(diào)整位置，而不需要來(lái)回地搜巡。

在N-0和N-1工作模式下的調(diào)諧位置和調(diào)載位置還可由觸摸屏上發(fā)出遙控指令進(jìn)行設(shè)置。伺服控制菜單是觸摸屏的一個(gè)子菜單，如圖5所示，它包括了伺服控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和一些手動(dòng)操作控制指令，發(fā)射機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中主要就是通過(guò)伺服控制菜單來(lái)觀察伺服控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。伺服控制菜單主要包括的控制功能：自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)諧/調(diào)載、調(diào)諧升/降、調(diào)載升/降、慢速/快速調(diào)諧/調(diào)載以及故障復(fù)位，主要包括的狀態(tài)顯示：三個(gè)PB200單元的入射功率、三個(gè)PB200單元的工作模式（播出、脫機(jī)、測(cè)試）、調(diào)諧位置、調(diào)諧基準(zhǔn)、調(diào)載位置、調(diào)載基準(zhǔn)。

下面以手動(dòng)調(diào)諧升/降為例，簡(jiǎn)述DX-600發(fā)射機(jī)伺服控制系統(tǒng)的工作過(guò)程。進(jìn)入觸摸屏的伺服控制子菜單，將“自動(dòng)”操作方式切換為“手動(dòng)”操作方式，此時(shí)可按調(diào)諧電容方框內(nèi)“升（RAISE）”或者“降（LOWER）”按鈕，將N10：159指令內(nèi)容寫入O9：1，在獲得總線的操作權(quán)限后，指令段內(nèi)容送至伺服控制板，通過(guò)伺服控制板的I/O EPLD（板上U23）送出執(zhí)行操作命令調(diào)諧升或者調(diào)諧降，調(diào)諧伺服馬達(dá)執(zhí)行相應(yīng)操作，調(diào)諧電位器調(diào)整的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送至N10：77，通過(guò)移動(dòng)指令送至N26：28到觸摸屏伺服控制子菜單“調(diào)諧位置”進(jìn)行顯示。

三、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

伺服控制系統(tǒng)是DX系列發(fā)射機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)中非常關(guān)鍵的部位，也是日常檢修維護(hù)工作中的重點(diǎn)。伺服控制系統(tǒng)的檢修項(xiàng)目主要包括：⑴檢查。主要檢查皮帶輪是否松動(dòng)、齒輪和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是否緊固可靠，傳動(dòng)皮帶是否有破損，用內(nèi)六角工具對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的固定螺絲進(jìn)行緊固，檢查兩個(gè)伺服電位器。⑵測(cè)試。定期測(cè)試伺服控制板上所有采樣點(diǎn)電壓，做好記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行分析調(diào)整；定期檢查伺服電源；發(fā)射機(jī)切換至N-1工作模式后，伺服控制板上一些關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)試。⑶測(cè)溫。用紅外點(diǎn)溫計(jì)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中調(diào)諧電容器和調(diào)載電容器陶瓷部分的外殼溫度，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中各連接處的溫度。⑷清潔。用蘸有無(wú)水酒精的白布帶擦拭網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧電容器和調(diào)載電容器的陶瓷部分，用毛巾和毛刷清潔伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

對(duì)于伺服控制系統(tǒng)而言，常見的故障是調(diào)諧/調(diào)載伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)馬達(dá)異?；蛘邆鲃?dòng)皮帶脫落、磨損，甚至斷裂。我臺(tái)曾經(jīng)發(fā)生調(diào)載伺服系統(tǒng)傳動(dòng)皮帶嚴(yán)重磨損的安全隱患，幸虧?rùn)z修及時(shí)發(fā)現(xiàn)，沒有對(duì)安全播出造成影響。這類故障現(xiàn)象是：高功率開啟發(fā)射機(jī)，觸摸屏的伺服控制子菜單指示“POSITION ERROR（位置錯(cuò)誤）”，無(wú)法進(jìn)行N-0和N-1工作模式之間的正常切換。

四、結(jié)束語(yǔ)

伺服控制系統(tǒng)是DX系列發(fā)射機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)中非常重要的組成部分，技術(shù)人員必須掌握其工作原理，制定合理的檢修周期和檢修維護(hù)卡片，積累維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，確保發(fā)射機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。

參考文獻(xiàn)

[1] 厲虹，楊黎明，艾紅. 伺服技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社