DX系列發射機并機網絡中伺服控制系統分析

王興松

【摘 要】本文對伺服控制技術的工作原理進行了分析，并詳細介紹了DX系列中波發射機中使用的伺服控制系統，最后結合筆者多年工作經驗介紹了伺服控制系統的維護經驗。

【關鍵詞】DX系列發射機 伺服控制技術 伺服控制系統

【中圖分類號】 G250.72【文獻標識碼】 A【文章編號】1672-5158（2013）07-0022-02

一、伺服控制系統的基本原理和組成

伺服系統就是用來控制被控對象的某種狀態，使其能自動地、連續地、準確地復現輸入信號的變化規律，而伺服控制技術指要求系統準確地跟蹤控制命令、實現理想運動控制的一種過程。伺服電機是伺服控制系統中的關鍵組成部分，伺服電機的工作過程實質上是一個典型閉環反饋系統。

伺服控制系統的基本結構形式如圖1所示。理想情況下，伺服控制系統的被控量和給定值任何時候都應該相等，完全沒有誤差，而且不受干擾的影響，然而在實際系統中，由于機械部分質量、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，運動部件的加速度不會很大，速度和位移不會瞬間變化，而要經歷一段時間。因此，控制精度是衡量一個伺服控制系統技術水平的重要尺度，高質量伺服控制系統在整個運行過程中，被控量對給定值的偏差應該是很小的，比如，美國HARRIS公司DX-600型中波發射機伺服控制系統中調諧伺服驅動的電位器位置（也稱被控量）約為8. 26，而設定值（也稱給定值）約為8.35。

二、DX發射機并機網絡中的伺服控制系統

DX型中波發射機具有一大（大功率）、三高（高效率、高質量、高穩定）、三化（數字化、固態化、自動化）的特點，在我國發射臺站已經獲得廣泛使用。在DX400型及以上大功率中波發射機中均使用了并機網絡，而伺服驅動系統是并機網絡中十分重要的組成部分，一般包括調諧伺服驅動系統和調載伺服驅動系統（如圖2所示）。下面主要以DX-600發射機的伺服控制系統進行介紹。

（一）伺服控制系統的作用

DX-600發射機伺服控制系統主要包括一塊伺服控制板，兩臺伺服馬達和兩個伺服電位器，它的主要作用是當發射機處于N-0和N-1工作模式之間切換時，并機網絡的輸入阻抗必然會發生變化，而用于阻抗變換的 ？網絡（由調諧可調電容器、調載可調電容器和可調電感線圈組成）必須進行相應的調整才能達到阻抗匹配的要求，伺服控制系統就是對 ？網絡中的調諧可調電容器和調載可調電容器進行相應的調整來滿足阻抗匹配的要求。

調電容器實際位置的一個反饋環路。

如圖3所示，DX-600發射機使用了兩套伺服驅動系統，即調諧伺服驅動系統和調載伺服驅動系統。調諧伺服驅動系統用于調整 ？網絡輸入端的真空電容器C90的電容量，而調載伺服驅動系統用于調整 ？網絡輸出端的真空電容器C91A∥C91B的電容量。伺服驅動馬達是與伺服位置可調電位器相連接的，因此調整這個電位器可以準確地對調諧和調載的伺服位置進行預置。從伺服控制板上輸出的一個10V直流電壓作為伺服控制的基準電壓，根據調諧電位器和調載電位器的不同位置，對應的不同分壓值返送回伺服控制板。

如圖4所示，調諧伺服和調載伺服的位置反饋電壓經CCU接口板分別送至伺服控制板的J1-B23和J1-B22，經過緩沖器U11后，對應的調諧位置和調載位置可以分別在采樣點TP19和TP18進行測量。伺服位置反饋電壓加到一個誤差放大器上，與N-0和N-1工作模式下的基準電壓進行比較，經過誤差運算電路后得到的這個比較器電壓對一個用于驅動調諧伺服馬達和調載伺服馬達的脈寬調制器再進行調制。

調諧伺服位置反饋電壓送至伺服控制板J1-B23經過簡單的RC低通濾波電路，去除射頻干擾信號，再經過緩沖器U11-1。誤差放大器U10-8將調諧位置電壓與通過基準電壓多路處理器的調諧N-0和調諧N-1基準電壓進行比較，在采樣點TP17端產生一個調諧驅動信號。該信號通路中，適當調整R29（調諧跟蹤）可以防止調諧的擺動；適當調整R41（調諧上限）和R49（調諧下限）可以改變窗口比較器上限閥值和下限閥值，以防止對調諧電容器調整過度。

調載伺服位置反饋電壓送至伺服控制板J1-B22經過簡單的RC低通濾波電路，去除射頻干擾信號，再經過緩沖器U11-8。誤差放大器U5-1將調載位置電壓與通過基準電壓多路處理器的調載N-0和調載N-1基準電壓進行比較，在采樣點TP24端產生一個調載驅動信號。該信號通路中，適當調整R28（調載跟蹤）可以防止調載的擺動；適當調整R48（調載上限）和R47（調載下限）可以改變窗口比較器上限閥值和下限閥值，以防止對調載電容器調整過度。

我臺DX-600發射機不同工作模式對應調諧/調載的反饋位置、設定值如表1所示。伺服位置反饋電壓和設定的基準電壓進行比較后，發射機控制系統立即進行響應，確定伺服馬達所需進行的工作狀態，不管當前設置的位置在哪，它會用最快的速度用最少的搜巡次數給出馬達的調整位置，而不需要來回地搜巡。

在N-0和N-1工作模式下的調諧位置和調載位置還可由觸摸屏上發出遙控指令進行設置。伺服控制菜單是觸摸屏的一個子菜單，如圖5所示，它包括了伺服控制系統的運行狀態和一些手動操作控制指令，發射機在運行過程中主要就是通過伺服控制菜單來觀察伺服控制系統的運行狀況。伺服控制菜單主要包括的控制功能：自動/手動調諧/調載、調諧升/降、調載升/降、慢速/快速調諧/調載以及故障復位，主要包括的狀態顯示：三個PB200單元的入射功率、三個PB200單元的工作模式（播出、脫機、測試）、調諧位置、調諧基準、調載位置、調載基準。

下面以手動調諧升/降為例，簡述DX-600發射機伺服控制系統的工作過程。進入觸摸屏的伺服控制子菜單，將“自動”操作方式切換為“手動”操作方式，此時可按調諧電容方框內“升（RAISE）”或者“降（LOWER）”按鈕，將N10：159指令內容寫入O9：1，在獲得總線的操作權限后，指令段內容送至伺服控制板，通過伺服控制板的I/O EPLD（板上U23）送出執行操作命令調諧升或者調諧降，調諧伺服馬達執行相應操作，調諧電位器調整的實時數據送至N10：77，通過移動指令送至N26：28到觸摸屏伺服控制子菜單“調諧位置”進行顯示。

三、維護經驗

伺服控制系統是DX系列發射機并機網絡中非常關鍵的部位，也是日常檢修維護工作中的重點。伺服控制系統的檢修項目主要包括：⑴檢查。主要檢查皮帶輪是否松動、齒輪和傳動機構是否緊固可靠，傳動皮帶是否有破損，用內六角工具對傳動機構的固定螺絲進行緊固，檢查兩個伺服電位器。⑵測試。定期測試伺服控制板上所有采樣點電壓，做好記錄，發現問題及時進行分析調整；定期檢查伺服電源；發射機切換至N-1工作模式后，伺服控制板上一些關鍵點測試。⑶測溫。用紅外點溫計測試網絡中調諧電容器和調載電容器陶瓷部分的外殼溫度，測試網絡中各連接處的溫度。⑷清潔。用蘸有無水酒精的白布帶擦拭網絡調諧電容器和調載電容器的陶瓷部分，用毛巾和毛刷清潔伺服傳動機構。

對于伺服控制系統而言，常見的故障是調諧/調載伺服系統的傳動馬達異常或者傳動皮帶脫落、磨損，甚至斷裂。我臺曾經發生調載伺服系統傳動皮帶嚴重磨損的安全隱患，幸虧檢修及時發現，沒有對安全播出造成影響。這類故障現象是：高功率開啟發射機，觸摸屏的伺服控制子菜單指示“POSITION ERROR（位置錯誤）”，無法進行N-0和N-1工作模式之間的正常切換。

四、結束語

伺服控制系統是DX系列發射機并機網絡中非常重要的組成部分，技術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卡片，積累維護經驗，確保發射機運行更加穩定可靠。

參考文獻

[1] 厲虹，楊黎明，艾紅. 伺服技術.北京：國防工業出版社