機(jī)動(dòng)雷達(dá)中對稱機(jī)構(gòu)同步控制技術(shù)的應(yīng)用

安徽博微長安電子有限公司 朱艮村 許 笑 李 明 皇淼淼

機(jī)動(dòng)雷達(dá)中對稱機(jī)構(gòu)同步控制技術(shù)的應(yīng)用

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本文介紹了一種以可編程計(jì)算機(jī)控制器為核心的數(shù)字式同步控制器，配以交流伺服驅(qū)動(dòng)器而構(gòu)成機(jī)動(dòng)雷達(dá)對稱機(jī)構(gòu)的同步控制系統(tǒng)以及該同步控制系統(tǒng)的控制方法。

機(jī)動(dòng)雷達(dá)；可編程計(jì)算機(jī)控制器；交流伺服；絕對式編碼器；同步控制

1 引言

機(jī)動(dòng)雷達(dá)的伺服控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，它需要完成的控制功能有仿生臂控制，調(diào)平控制，舉升控制，翻轉(zhuǎn)控制，俯仰控制，天線旋轉(zhuǎn)控制。但舉升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，俯仰機(jī)構(gòu)要求運(yùn)行平穩(wěn)，并具有足夠的抗風(fēng)能力，因此上述三大機(jī)構(gòu)普遍采用左右對稱的結(jié)構(gòu)形式，但這種對稱結(jié)構(gòu)又給伺服控制系統(tǒng)增加了難度。[1]

2 數(shù)字式同步控制器硬件設(shè)計(jì)

數(shù)字式同步控制器采用貝加萊可編程計(jì)算機(jī)控制器7CP476.60-1為核心控制模塊，貝加萊可編程計(jì)算機(jī)控制器為全新一代的可編程計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)品，該產(chǎn)品廣泛運(yùn)用于眾多通用、特種設(shè)備的控制系統(tǒng)中，具有十分卓越的品質(zhì)和性價(jià)比。它具有完全模塊化的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以根據(jù)用戶設(shè)備要求，在輸入、輸出、數(shù)字量、模擬量、旋轉(zhuǎn)編碼器、網(wǎng)絡(luò)通信接口等方面，均能針對性地提供相應(yīng)的硬件模塊和軟件驅(qū)動(dòng)，十分便于系統(tǒng)的備件更換、升級維護(hù)。

在以可編程計(jì)算機(jī)控制器為核心控制模塊構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，CPU（中央處理單元）模塊必不可少，外加一些功能模塊就可以構(gòu)成一套完整的控制系統(tǒng)。對稱機(jī)構(gòu)的同步控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，控制系統(tǒng)的構(gòu)成所用到的模塊有：數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、編碼器接口模塊、通信接口模塊等。[2]各種模塊的作用如下：

數(shù)字輸入模塊：上、下限位信號(hào)的讀入

數(shù)字量輸出模塊：安全保護(hù)信號(hào)的輸出

模擬量輸入模塊：交流伺服驅(qū)動(dòng)器反饋的扭矩信號(hào)的讀入

模擬量輸出模塊：交流伺服驅(qū)動(dòng)器速度控制命令的輸出

編碼器接口模塊：對稱機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中實(shí)際位置的測量

通信接口模塊：接收遠(yuǎn)程控制命令，同時(shí)實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)的狀態(tài)信息給遠(yuǎn)程終端

數(shù)字式同步控制器硬件組成如圖1所示：

圖1 數(shù)字式同步控制器硬件組成

3 同步控制系統(tǒng)構(gòu)成

機(jī)動(dòng)雷達(dá)對稱機(jī)構(gòu)的同步控制系統(tǒng)中，為保證對稱機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中不失步，必須設(shè)計(jì)成閉環(huán)同步伺服控制環(huán)路。為此需在左右機(jī)構(gòu)的前端或后端分別安裝一只多圈絕對式編碼器，用以檢測左右機(jī)構(gòu)的當(dāng)前位置信息和失調(diào)信息。另外，此編碼器抗干擾性較好，系統(tǒng)在斷電的情況下也能如實(shí)地記錄當(dāng)前的位置信息，系統(tǒng)上電后重新讀入即可。

為提高同步控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，在左右機(jī)構(gòu)的前端和后端均安裝有接近開關(guān)和行程開關(guān)。

同步系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)來帶動(dòng)對稱機(jī)構(gòu)的上升或下降運(yùn)動(dòng)，交流伺服電機(jī)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，定位精度高等諸多特點(diǎn)。另外，與電機(jī)配套使用的交流伺服驅(qū)動(dòng)器控制方便，保護(hù)功能完善，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。[3]

同步系統(tǒng)的部件組成及作用如下：

伺服電機(jī)1、2：同時(shí)控制對稱機(jī)構(gòu)的上升以及下降運(yùn)動(dòng)

伺服驅(qū)動(dòng)器1、2：驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)

編碼器1、2：測量左右機(jī)構(gòu)的當(dāng)前行程

數(shù)字式同步控制器：系統(tǒng)控制中心

機(jī)動(dòng)雷達(dá)對稱機(jī)構(gòu)的同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

4 同步控制原理

對稱機(jī)構(gòu)由兩只伺服電機(jī)帶動(dòng)其上升或下降運(yùn)動(dòng)，安裝在端點(diǎn)處的絕對式編碼器實(shí)時(shí)反饋?zhàn)笥覚C(jī)構(gòu)的當(dāng)前位置信息，同步控制器中的CPU模塊讀取該位置信息并經(jīng)過計(jì)算比較后得到左右機(jī)構(gòu)的失調(diào)信息，用該失調(diào)信息轉(zhuǎn)換成電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電壓加至交流伺服控制器的速度命令的輸入端，使兩只伺服電機(jī)分別在當(dāng)前轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上疊加微調(diào)速度以消除失調(diào)。[4]

圖2 同步控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

該系統(tǒng)在安全性上采用了冗余設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)運(yùn)行萬無一失。對稱機(jī)構(gòu)在上升或下降運(yùn)動(dòng)過程中到位會(huì)正常停機(jī)；當(dāng)任一只編碼器出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)保護(hù)停機(jī)；當(dāng)任一只交流伺服驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)保護(hù)停機(jī)；當(dāng)上、下限位接近開關(guān)被觸發(fā)觸發(fā)時(shí)會(huì)保護(hù)停機(jī)，當(dāng)上、下限位行程開關(guān)被觸發(fā)時(shí)系統(tǒng)斷電。同步控制系統(tǒng)的安全保護(hù)位如圖3所示：

圖3 同步控制系統(tǒng)的保護(hù)位

5 同步控制軟件

同步控制軟件是基于貝加萊公司的Automation Studio軟件平臺(tái)開發(fā)出來的，Automation Studio提供了大量面向工業(yè)控制的函數(shù)庫資源，充分運(yùn)用這些軟件資源，可以大大簡化同步控制軟件開發(fā)工作。

當(dāng)遙控終端發(fā)出指令時(shí)，控制軟件首先讀取左右機(jī)構(gòu)的編碼器值并計(jì)算當(dāng)前位置并與上、下位置比較以判斷是否到位，未到位則計(jì)算左右機(jī)構(gòu)的失調(diào)信息，沒有失調(diào)則兩電機(jī)按照給定的速度運(yùn)動(dòng)。若失調(diào)則先判斷失調(diào)方向，方向?yàn)檎齽t伺服電機(jī)1速度=給定速度+微調(diào)速度，伺服電機(jī)2速度=給定速度-微調(diào)速度，方向?yàn)樨?fù)則伺服電機(jī)1速度=給定速度-微調(diào)速度，伺服電機(jī)2速度=給定速度+微調(diào)速度。失調(diào)信息經(jīng)運(yùn)算后作為微調(diào)速度與給定的速度疊加送至兩交流伺服驅(qū)動(dòng)器的速度命令控制端以微調(diào)兩伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使雙絲桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)始終保持同步。同步控制軟件流程圖如圖4所示：

圖4 同步控制軟件流程圖

6 結(jié)束語

采用貝加萊公司可編程計(jì)算機(jī)控制器為核心控制模塊設(shè)計(jì)的對稱機(jī)構(gòu)的同步控制系統(tǒng)，降低了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的難度，其硬件和軟件都為模塊化結(jié)構(gòu)，便于安裝、調(diào)試和維護(hù)。長期應(yīng)用實(shí)踐表明：該系統(tǒng)簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了硬件成本，提高了控制精度，可靠性高、開放性好、抗干擾能力強(qiáng)，具有良好的發(fā)展前景！

[1]王勁宣.高機(jī)動(dòng)雷達(dá)天線自動(dòng)舉升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[C].第八屆全國雷達(dá)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集, 合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2002:826-830.

[2]陳伯時(shí).自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.

[3]胡佑德,曾樂生,馬東升.伺服系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1995.

[4]楊龍祥.數(shù)字雷達(dá)伺服系統(tǒng)問題的探討[J].現(xiàn)代雷達(dá),1995, (2):53-59.

朱艮村（1975—），男，工程師，現(xiàn)供職于安徽博微長安電子有限公司，主要從事雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)的研制開發(fā)工作。

許笑（1986—），男，工程師，主要從事雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)的研制開發(fā)工作。

李明（1987—），男，碩士，工程師，主要從事雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)的研制開發(fā)工作。

皇淼淼（1988—），女，碩士，工程師，主要從事雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)的研制開發(fā)工作。