CINRAD/CD雷達(dá)伺服系統(tǒng)頻發(fā)故障判斷與處理總結(jié)

李翠翠，楊 震，馮和平，余代輝，任恒怡

(1.貴州省大氣探測(cè)技術(shù)與保障中心，貴州 貴陽(yáng) 550081;2.貴州水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 551400;3.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000)

0 引言

2017年11月—2018年12月，貴州新一代天氣雷達(dá)故障發(fā)生30次，伺服系統(tǒng)故障占了總故障的37%。有很多人已對(duì)CINRAD/CD雷達(dá)伺服系統(tǒng)的故障進(jìn)行了分析總結(jié)，如周楓等的CINRAD/CD雷達(dá)伺服系統(tǒng)故障分析及處理[1]，陳士英等的簡(jiǎn)析CINRAD/CD型新一代天氣雷達(dá)伺服系統(tǒng)故障排除方法[2]，邊智等的新一代天氣雷達(dá)(Cinrad/CD) 伺服故障實(shí)例分析[3]，但是他們僅是對(duì)伺服故障進(jìn)行了分析總結(jié)，并沒(méi)有給出伺服系統(tǒng)信號(hào)流程。由于伺服系統(tǒng)包括伺服機(jī)柜、天線(xiàn)座以及信號(hào)處理柜中的主控分機(jī)，它們相距較遠(yuǎn)、線(xiàn)路復(fù)雜、電纜較長(zhǎng)、元件較多[4]，伺服系統(tǒng)的故障多種多樣，因此掌握伺服系統(tǒng)信號(hào)流程是解決伺服系統(tǒng)故障的根本方法。

1 CINRAD/CD雷達(dá)伺服系統(tǒng)原理及信號(hào)流程

CINRAD/CD雷達(dá)伺服系統(tǒng)由伺服分機(jī)、電源分機(jī)、方位(俯仰)驅(qū)動(dòng)分機(jī)、方位(俯仰)直流電動(dòng)機(jī)、方位(俯仰)減速器、方位(俯仰)同步機(jī)等構(gòu)成。

伺服系統(tǒng)完成驅(qū)動(dòng)雷達(dá)天線(xiàn)作方位、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，天線(xiàn)工作狀態(tài)的控制操作由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)終端計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令實(shí)施。伺服系統(tǒng)把代表當(dāng)前天線(xiàn)的位置信息的同步機(jī)(方位 、俯仰主發(fā)送器)三相電子電壓和單相轉(zhuǎn)電子電壓送至信號(hào)處理系統(tǒng)，由信號(hào)處理系統(tǒng)將同步機(jī)電壓變換成16位方位和16位俯仰角碼，再送至監(jiān)控系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)單元[5]，監(jiān)控采集計(jì)算機(jī)根據(jù)終端計(jì)算機(jī)給的天線(xiàn)預(yù)設(shè)位置的角碼信息和當(dāng)前天線(xiàn)位置的角碼信息，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)雷達(dá)天線(xiàn)方位運(yùn)動(dòng)誤差電壓和俯仰運(yùn)動(dòng)誤差電壓，再送到伺服分機(jī)。伺服分機(jī)對(duì)誤差電壓進(jìn)行處理放大后，再由驅(qū)動(dòng)分機(jī)處理產(chǎn)生功率足夠大的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)雷達(dá)天線(xiàn)和同步機(jī)朝減小誤差的方向運(yùn)動(dòng)，直到誤差為零，雷達(dá)天線(xiàn)處在一個(gè)新的蹤位置上。

伺服系統(tǒng)除了有位置環(huán)，還有電流環(huán)、電壓環(huán)和速度環(huán)。電流環(huán)的電流信號(hào)是由驅(qū)動(dòng)分機(jī)的功率放大器輸出至方位、俯仰電機(jī)電樞導(dǎo)線(xiàn)上的電流傳感器來(lái)產(chǎn)生，電流信號(hào)稱(chēng)為限流信號(hào)，限流信號(hào)與誤差信號(hào)相減，形成加速度負(fù)反饋，用于抑制電流上升率。電壓環(huán)的電壓信號(hào)取決于電機(jī)電樞兩端的電壓，電壓信號(hào)稱(chēng)為電壓反饋信號(hào)，電壓反饋信號(hào)與誤差信號(hào)相減形成電壓負(fù)反饋，抑制電壓上升率。速度環(huán)的速度信號(hào)由方位、俯仰測(cè)速電機(jī)產(chǎn)生，稱(chēng)為阻尼信號(hào)，阻尼信號(hào)與誤差信號(hào)相減，形成速度負(fù)反饋，對(duì)伺服系統(tǒng)起穩(wěn)定作用。CINRAD/CD雷達(dá)伺服系統(tǒng)工作原理及信號(hào)流程圖如圖1所示：

圖1 CINRAD/CD雷達(dá)伺服系統(tǒng)工作原理及信號(hào)流程圖Fig.1 CINRAD/CD radar servo system working principle and signal flow chart

2 CINRAD/CD雷達(dá)伺服系統(tǒng)頻發(fā)故障判斷與處理

2018年貴州CINRAD/CD雷達(dá)伺服系統(tǒng)頻發(fā)故障分別是：雷達(dá)做體掃(CAPPI)時(shí)，出現(xiàn)停留在某一層做PPI，雷達(dá)天線(xiàn)不能抬升，但有時(shí)候又可以抬升，反復(fù)出現(xiàn)；雷達(dá)天線(xiàn)轉(zhuǎn)速過(guò)快或過(guò)慢；雷達(dá)天線(xiàn)突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)。下面將雷達(dá)伺服系統(tǒng)故障現(xiàn)象，根據(jù)伺服系統(tǒng)信號(hào)流程進(jìn)行分析、判斷和處理。

2.1 雷達(dá)做體掃(CAPPI)時(shí)，出現(xiàn)停留在某一層做PPI，雷達(dá)天線(xiàn)不能抬升，但有時(shí)候又可以抬升，反復(fù)出現(xiàn)

故障分析：該類(lèi)故障屬于雷達(dá)天線(xiàn)定位的問(wèn)題，根據(jù)信號(hào)流程該類(lèi)故障可能性在：同步電機(jī)、匯流環(huán)、伺服分機(jī)。

判斷流程：查看監(jiān)控采集計(jì)算機(jī)有沒(méi)有發(fā)仰角命令值，如果發(fā)了，再看監(jiān)控分機(jī)面板上仰角示值是否穩(wěn)定，若跳變幅度大，不穩(wěn)定，且天線(xiàn)追擺嚴(yán)重(大于3次)，先檢查伺服分機(jī)的伺服放大器，因?yàn)樗欧糯笃鞯脑鲆嫣蠡蜃枘崽《紩?huì)導(dǎo)致天線(xiàn)定位精度差，若調(diào)節(jié)伺服放大器電位器RP8和RP5無(wú)效，再檢查匯流環(huán)、俯仰同步電機(jī)等。

故障案例處理：2018年 8月27日—2018年10月4日，都勻雷達(dá)時(shí)不時(shí)出現(xiàn)該故障，查看監(jiān)控分機(jī)面板上的示值不穩(wěn)定，且天線(xiàn)追擺嚴(yán)重，通過(guò)調(diào)節(jié)俯仰伺服放大器電位器RP8和RP5，來(lái)調(diào)整角度定位時(shí)的系統(tǒng)阻尼大小和增益，故障暫時(shí)解除，正常運(yùn)行10多天故障又復(fù)現(xiàn)，由于上次調(diào)整伺服分機(jī)無(wú)效，此次先檢查匯流環(huán)，查看是否是匯流環(huán)接觸不良引起仰角值變化，取下匯流環(huán)未發(fā)現(xiàn)明顯異常，清洗匯流環(huán)，故障暫時(shí)解除，運(yùn)行10多天故障又復(fù)現(xiàn)，查看監(jiān)控分機(jī)面板上的示值不穩(wěn)定，且天線(xiàn)追擺嚴(yán)重，仍將故障判斷在伺服分機(jī)，更換伺服放大器后，故障解決。

2.2 雷達(dá)天線(xiàn)轉(zhuǎn)速過(guò)快或過(guò)慢

故障分析：該類(lèi)故障屬于雷達(dá)天線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的問(wèn)題，根據(jù)信號(hào)流程該類(lèi)故障可能性在：方位電機(jī)、伺服分機(jī)。

判斷流程：根據(jù)故障檢修原則，首先檢查伺服分機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)伺服分機(jī)中的伺服放大器的電位器RP6，來(lái)改變PPI/RHI狀態(tài)速度,若故障依舊存在，再檢查方位電機(jī)。

故障案例處理：2018年5月11日黔東南雷達(dá)轉(zhuǎn)速較快，通過(guò)調(diào)節(jié)方位伺服放大器的電位器RP6，雷達(dá)天線(xiàn)轉(zhuǎn)速正常，但是切換到體掃，雷達(dá)天線(xiàn)不轉(zhuǎn)。進(jìn)一步檢查故障，拆下方位電機(jī)，發(fā)現(xiàn)方位電機(jī)有磨損，更換方位電機(jī)后，故障解除。

2.3 雷達(dá)天線(xiàn)突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)

故障分析：根據(jù)信號(hào)流程，該故障可能性在：方位電機(jī)。

故障案例處理：2018年11月24日黔東南雷達(dá)出現(xiàn)天線(xiàn)突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服系統(tǒng)無(wú)報(bào)警，檢查監(jiān)控分機(jī)無(wú)異常信息，打在應(yīng)急狀態(tài)，手控操作天線(xiàn)，天線(xiàn)仍不轉(zhuǎn)，拆方位電機(jī)，發(fā)現(xiàn)齒輪卡住，更換方位電機(jī)后恢復(fù)正常。

3 CINRAD/CD 雷達(dá)伺服系統(tǒng)維護(hù)及定標(biāo)

周、月維護(hù)時(shí)，要記錄監(jiān)控分機(jī)狀態(tài)信息，并與正常值進(jìn)行對(duì)比分析；做好電機(jī)維護(hù)，避免碳刷磨損造成接觸不良；做好轉(zhuǎn)臺(tái)部分的維護(hù)，檢查匯流環(huán)、電刷等，必要時(shí)進(jìn)行清洗和更換；檢查伺服系統(tǒng)方位、俯仰精度，當(dāng)伺服系統(tǒng)控制精度檢驗(yàn)時(shí)方位角和俯仰角最大差值大于±0.1°，須進(jìn)行定標(biāo)。

4 總結(jié)

伺服系統(tǒng)故障多種多樣，只要臺(tái)站人員做好常規(guī)維護(hù)和定標(biāo)，可有效避免一些松動(dòng)、斷線(xiàn)等軟性故障。在伺服系統(tǒng)故障中，雷達(dá)技術(shù)保障人員按信號(hào)流來(lái)確定雷達(dá)故障處理步驟，可有效提高故障處理效率。