機動雷達中對稱機構同步控制技術的應用

安徽博微長安電子有限公司 朱艮村 許 笑 李 明 皇淼淼

機動雷達中對稱機構同步控制技術的應用

安徽博微長安電子有限公司 朱艮村 許 笑 李 明 皇淼淼

本文介紹了一種以可編程計算機控制器為核心的數字式同步控制器，配以交流伺服驅動器而構成機動雷達對稱機構的同步控制系統以及該同步控制系統的控制方法。

機動雷達；可編程計算機控制器；交流伺服；絕對式編碼器；同步控制

1 引言

機動雷達的伺服控制系統相對復雜，它需要完成的控制功能有仿生臂控制，調平控制，舉升控制，翻轉控制，俯仰控制，天線旋轉控制。但舉升機構，翻轉機構，俯仰機構要求運行平穩，并具有足夠的抗風能力，因此上述三大機構普遍采用左右對稱的結構形式，但這種對稱結構又給伺服控制系統增加了難度。[1]

2 數字式同步控制器硬件設計

數字式同步控制器采用貝加萊可編程計算機控制器7CP476.60-1為核心控制模塊，貝加萊可編程計算機控制器為全新一代的可編程計算機控制產品，該產品廣泛運用于眾多通用、特種設備的控制系統中，具有十分卓越的品質和性價比。它具有完全模塊化的結構特點，可以根據用戶設備要求，在輸入、輸出、數字量、模擬量、旋轉編碼器、網絡通信接口等方面，均能針對性地提供相應的硬件模塊和軟件驅動，十分便于系統的備件更換、升級維護。

在以可編程計算機控制器為核心控制模塊構成的控制系統中，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成一套完整的控制系統。對稱機構的同步控制系統相對復雜，控制系統的構成所用到的模塊有：數字量輸入/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：

數字輸入模塊：上、下限位信號的讀入

數字量輸出模塊：安全保護信號的輸出

模擬量輸入模塊：交流伺服驅動器反饋的扭矩信號的讀入

模擬量輸出模塊：交流伺服驅動器速度控制命令的輸出

編碼器接口模塊：對稱機構在運行過程中實際位置的測量

通信接口模塊：接收遠程控制命令，同時實時反饋系統的狀態信息給遠程終端

數字式同步控制器硬件組成如圖1所示：

圖1 數字式同步控制器硬件組成

3 同步控制系統構成

機動雷達對稱機構的同步控制系統中，為保證對稱機構在運動過程中不失步，必須設計成閉環同步伺服控制環路。為此需在左右機構的前端或后端分別安裝一只多圈絕對式編碼器，用以檢測左右機構的當前位置信息和失調信息。另外，此編碼器抗干擾性較好，系統在斷電的情況下也能如實地記錄當前的位置信息，系統上電后重新讀入即可。

為提高同步控制系統的安全性和可靠性，在左右機構的前端和后端均安裝有接近開關和行程開關。

同步系統采用交流伺服電機來帶動對稱機構的上升或下降運動，交流伺服電機具有動態響應快，定位精度高等諸多特點。另外，與電機配套使用的交流伺服驅動器控制方便，保護功能完善，為系統的安全運行奠定了堅實的基礎。[3]

同步系統的部件組成及作用如下：

伺服電機1、2：同時控制對稱機構的上升以及下降運動

伺服驅動器1、2：驅動伺服電機正反轉

編碼器1、2：測量左右機構的當前行程

數字式同步控制器：系統控制中心

機動雷達對稱機構的同步控制系統結構組成如圖2所示。

4 同步控制原理

對稱機構由兩只伺服電機帶動其上升或下降運動，安裝在端點處的絕對式編碼器實時反饋左右機構的當前位置信息，同步控制器中的CPU模塊讀取該位置信息并經過計算比較后得到左右機構的失調信息，用該失調信息轉換成電機轉速控制電壓加至交流伺服控制器的速度命令的輸入端，使兩只伺服電機分別在當前轉速的基礎上疊加微調速度以消除失調。[4]

圖2 同步控制系統的結構組成

該系統在安全性上采用了冗余設計，確保系統運行萬無一失。對稱機構在上升或下降運動過程中到位會正常停機；當任一只編碼器出現故障時會保護停機；當任一只交流伺服驅動器出現故障時會保護停機；當上、下限位接近開關被觸發觸發時會保護停機，當上、下限位行程開關被觸發時系統斷電。同步控制系統的安全保護位如圖3所示：

圖3 同步控制系統的保護位

5 同步控制軟件

同步控制軟件是基于貝加萊公司的Automation Studio軟件平臺開發出來的，Automation Studio提供了大量面向工業控制的函數庫資源，充分運用這些軟件資源，可以大大簡化同步控制軟件開發工作。

當遙控終端發出指令時，控制軟件首先讀取左右機構的編碼器值并計算當前位置并與上、下位置比較以判斷是否到位，未到位則計算左右機構的失調信息，沒有失調則兩電機按照給定的速度運動。若失調則先判斷失調方向，方向為正則伺服電機1速度=給定速度+微調速度，伺服電機2速度=給定速度-微調速度，方向為負則伺服電機1速度=給定速度-微調速度，伺服電機2速度=給定速度+微調速度。失調信息經運算后作為微調速度與給定的速度疊加送至兩交流伺服驅動器的速度命令控制端以微調兩伺服電機的轉速，使雙絲桿在運動時始終保持同步。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 結束語

采用貝加萊公司可編程計算機控制器為核心控制模塊設計的對稱機構的同步控制系統，降低了硬件設計和軟件設計的難度，其硬件和軟件都為模塊化結構，便于安裝、調試和維護。長期應用實踐表明：該系統簡化了系統結構，節約了硬件成本，提高了控制精度，可靠性高、開放性好、抗干擾能力強，具有良好的發展前景！

[1]王勁宣.高機動雷達天線自動舉升系統的結構設計[C].第八屆全國雷達學術年會論文集, 合肥:中國科學技術大學出版社,2002:826-830.

[2]陳伯時.自動控制系統[M].北京:機械工業出版社,1990.

[3]胡佑德,曾樂生,馬東升.伺服系統原理與設計[M].北京:北京理工大學出版社,1995.

[4]楊龍祥.數字雷達伺服系統問題的探討[J].現代雷達,1995, (2):53-59.

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

許笑（1986—），男，工程師，主要從事雷達伺服控制系統的研制開發工作。

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

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