雷達中伺服驅動單元設計應用

摘 要:雷達伺服分系統包括天線方位伺服部分和天線俯仰伺服部分。伺服分系統的方位驅動分機和俯仰驅動分機內，都有一個結構和原理完全相同的控制器。它由可控硅觸發器、輸出電流、電壓采樣以及反饋電路電源電路等部分組成。天線方位伺服部分的作用，是手動或計算機操縱天線，將天線調定在0°～360°范圍內的任意給定位置上，均能實現天線1～3r/min自動環掃(PPI狀態)，通過計算機可改變天線的轉速。天線俯仰伺服分機的作用，是手動或計算機操縱天線，將天線調定在0°到88°范圍內的任意給定的位置上，均能實現天線1°～360°范圍內自動俯仰(RHI狀態)，通過計算機可改變自動俯仰的速度及掃描范圍。

關鍵詞:雷達 伺服 天線 方位 俯仰

中圖分類號:TN954文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0026-02

1 雷達伺服分系統概述

雷達伺服分系統包括天線方位伺服部分和天線俯仰伺服部分。

天線方位伺服部分的作用，是手動或者計算機操縱天線，將天線調定在0°～360°范圍內的任意給定位置上，均能實現天線1～3r/min自動環掃(PPI狀態)，通過計算機可改變天線的轉速。在應急工作時，天線可實現1～1.5r/min連續自動環掃。

天線俯仰伺服分機的作用，是手動或計算機操縱天線，將天線調定在0°～88°范圍內的任意給定的位置上，均能實現天線1°～360°范圍內自動俯仰(RHI狀態)，通過計算機可改變自動俯仰的速度及掃描范圍。在應急工作時，天線可向上或向下改變俯仰位置。

在伺服分系統中，除了由同步機等構成的位置環外，還有速度環、電流環以及電壓環。速度環的信號由方位測速發電機的電樞繞組產生，在系統中產生阻尼信號。電流環的電流信號是由套在功率放大器輸出至方位執行電機電樞導線上的電流傳感器產生的。電壓環的電壓信號是電機電樞兩端的電壓，通過電壓傳感器所產生。在系統中稱為電壓反饋信號。

2 伺服系統在雷達中的設計應用

在雷達整機中，伺服驅動分系統是必不可少的。伺服系統最主要的就是伺服分機和驅動分機。

2.1 伺服分機設計應用

伺服分機主要由伺服放大器、電源變換器、穩壓電源板以及控制繼電器、控制開關、電壓表和狀態指示燈等部件組成。主要是用來完成伺服分系統的開關機、提供低壓電源、選擇控制方式及信號調整。

2.1.1 工作過程概述

伺服分機在數控工作狀態時，是用計算機操縱天線，方位誤差和俯仰電壓信號由監控系統的伺服驅動單元產生，經伺服分機分別送至方位伺服放大器和俯仰伺服放大器進行電壓放大;在受控工作狀態時，受控信號是通過轉動監控分系統監控數據采集分機面板上的手搖裝置產生有正、負極性的電壓。方位受控誤差和俯仰受控誤差信號由監控機柜送來，經伺服分機分別送至方位伺服放大器和俯仰伺服放大器進行放大。

經放大后的方位誤差電壓和俯仰誤差電壓分別送至方位驅動分機和俯仰驅動分機。伺服分機上的電壓表能夠接收到伺服放大器誤差信號輸出端，從而對方位、俯仰誤差電壓進行檢測和監視。

伺服分系統還需有故障檢測和保護的功能。一般伺服分機輸出的故障檢測信號有:俯仰-2°監視、俯仰+90°監視、+12V故障、+24V故障、+15V故障。可以在伺服分機面板上設計信號指示燈，這樣就能直觀地查看工作狀態。

2.1.2 伺服放大器

伺服放大器的工作原理包括兩個方面，一方面是接受各種不同狀態信號，進行狀態的選擇轉換;另外一方面是在各種狀態下，把誤差信號、反饋信號、阻尼信號混合后放大。兩個伺服放大器完全相同，其工作原理也相同。

伺服系統的控制狀態包括手控和數控狀態。數控狀態為計算機控制。手控/數控的轉換是由分機面板上的手控/數控轉換開關來完成的。當處于數控時，伺服放大器的繼電器線包不得電，繼電器不工作。此時，整個分系統受控于計算機。當處于手控狀態時，伺服放大器的繼電器工作。誤差信號和阻尼信號都是來自于手動控制，這時，數控誤差增益和阻尼不再起作用，計算機也不能控制伺服分系統，伺服分系統受控于手控裝置。

2.2 驅動分機

驅動分機的功能是提供足夠的電壓電流來驅動執行電機旋轉，使天線作方位、俯仰轉動。

雷達有方位驅動分機和俯仰驅動分機兩個獨立的分機。兩個分機除了輸入的交流電源和輸出的直流電壓不同外，其余結構及電路都完全一樣。它主要由控制器、可控硅整流器、脈寬調制器、IGBT開關功率放大器等組成。方位/俯仰驅動分機的面板布局如圖2所示。

方位驅動分機所需的～115V電源和俯仰驅動分機所需的～75V電源由伺服電源分機提供。可控硅整流器將交流電源進行可控整流后，作為開關功率放大器的電源;控制器的作用是為可控硅提供觸發脈沖。脈寬調制器將伺服分機送來的誤差信號調制成具有固定頻率和幅值而脈寬隨誤差信號大小、極性而變的脈沖信號送至IGBT進行開關功率放大，IGBT的輸出最終作用于執行電機上。

驅動分機中的控制器的功能一是作為觸發器，用來驅動分機可控硅整流電路提供觸發脈沖，使可控硅整流橋為IGBT開關功率放大器提供較為穩定的直流電路，進而穩定受脈寬調制的開關功率放大器的放大量，使伺服電機得到的驅動功率只隨誤差信號的大小變化，而不受交流供電電壓波動的影響;二是對IGBT開關功率放大器的輸出電流、電壓進行采樣，作為電流、電壓的反饋信號;三是提供驅動部分的正負12V直流電源。

脈寬調制器用來把伺服放大器送出的方位/俯仰小功率誤差信號調制成具有固定的脈沖頻率和脈沖幅值的脈沖信號。脈沖信號的寬度隨輸入的誤差信號的大小和極性的變化而變化，而且脈沖寬度的變化與誤差信號的變化呈現線性關系。脈寬調制器共有兩個，分別置于方位和俯仰驅動分機內，可以互換。

開關功率放大器的功能是以開關的形式將脈寬調制器送來的小功率驅動脈沖信號放大到足以驅動伺服電機使天線轉動。

參考文獻

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