國(guó)產(chǎn)500kW短波發(fā)射機(jī)的調(diào)諧控制系統(tǒng)

羅天涯

摘要 本文主要對(duì)DF500A型國(guó)產(chǎn)500kW短波發(fā)射機(jī)的調(diào)諧控制系統(tǒng)的構(gòu)架組成以及主要功能進(jìn)行介紹，并對(duì)其自動(dòng)調(diào)諧的設(shè)計(jì)方法和工作原理進(jìn)行詳細(xì)分析，為安裝該機(jī)型的臺(tái)站同行們能夠借薦互相學(xué)習(xí)，對(duì)今后的運(yùn)行維護(hù)有所幫助。

關(guān)鍵詞

短波發(fā)射機(jī)；調(diào)諧控制系統(tǒng)；組成；功能；設(shè)計(jì)方法；工作原理

中圖分類(lèi)號(hào)G2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2016）157-0076-02

DF500A型500kW短波發(fā)射機(jī)是國(guó)內(nèi)近幾年來(lái)自主研制的大功率短波調(diào)幅發(fā)射機(jī)，該機(jī)型的電控邏輯系統(tǒng)主要以國(guó)產(chǎn)DFIOOA型lOOkW發(fā)射機(jī)為參考，高周系統(tǒng)仿照瑞士THALES公司生產(chǎn)的TSW2500型500kW短波發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)制造。自動(dòng)控制系統(tǒng)作為發(fā)射機(jī)的標(biāo)配，本著安全播音，提高設(shè)備可靠性的目的，在吸取進(jìn)口設(shè)備優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用CPLD+ARM7及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等技術(shù)平臺(tái)自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。新開(kāi)發(fā)出的自動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的不斷升級(jí)優(yōu)化基本上能夠滿足設(shè)備運(yùn)行的需要，其中調(diào)諧控制系統(tǒng)作為發(fā)射機(jī)自動(dòng)控制的核心部分，對(duì)發(fā)射機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。

1 調(diào)諧控制系統(tǒng)的構(gòu)架組成及主要功能

調(diào)諧控制的基本功能是通過(guò)控制調(diào)諧馬過(guò)裝置來(lái)調(diào)整射頻系統(tǒng)的可調(diào)電容和電感，使射頻系統(tǒng)工作在阻抗匹配最佳狀態(tài)。DF500A型短波發(fā)射機(jī)的調(diào)諧控制系統(tǒng)包括調(diào)諧控制器，調(diào)諧切換板（A183），馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，調(diào)諧馬達(dá)裝置和調(diào)諧電源（圖1）。

1.1 調(diào)諧控制器

調(diào)諧控制器是DF500A型短波發(fā)射機(jī)核心控制的一部分，主要由母板、通信模塊（ARMI）、調(diào)諧模塊（ARM2）、AD板、DA板、通信接口板組成，其功能如下。

1.1.1 母板

母板負(fù)責(zé)鏈接AD板、DA板、通信控制板（ARMI）、調(diào)諧控制板（ARM2）和通信接口板，進(jìn)行各個(gè)電路板之間信號(hào)的鏈接和轉(zhuǎn)換。

1.1.2 AD板

AD板的主要是把十二路馬達(dá)位置數(shù)據(jù)和各種表值數(shù)據(jù)的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給調(diào)諧控制板。

1.1.3 DA板

DA板主要是把調(diào)諧控制板傳送過(guò)來(lái)的十二路馬達(dá)控制信號(hào)由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量去控制十二路電機(jī)。

1.1.4 通信接口板

通信接口板主要負(fù)責(zé)控制板和外圍設(shè)備的接口，光耦隔離進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備。

1.1.5 通信控制板（ARMl）

通信控制板主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信、與調(diào)諧控制板通信，并實(shí)現(xiàn)的一些邏輯功能。實(shí)現(xiàn)的邏輯功能有關(guān)機(jī)、黑燈絲、紅燈絲、高壓合、高壓斷、復(fù)位、快速燈絲、封鎖音周、封鎖PSM指令。

1.1.6 調(diào)諧控制板（ARM2）

調(diào)諧控制板主要負(fù)責(zé)調(diào)諧控制，與邏輯控制器、通信控制板通信，并實(shí)現(xiàn)一些邏輯功能。實(shí)現(xiàn)的邏輯功能有高功率、低功率、升功率、降功率和啟動(dòng)調(diào)諧。

1.2 調(diào)諧切換板（A183）

控制切換MP02，MP05，MPIO，MPII四路電機(jī)進(jìn)行粗調(diào)或細(xì)調(diào)。粗調(diào)時(shí)將上位機(jī)的馬達(dá)位置和A14板的馬達(dá)隨動(dòng)信號(hào)分別送到馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板的TBI-2和TBI-12兩端。細(xì)調(diào)時(shí)將A10板的鑒相監(jiān)阻信號(hào)和上位機(jī)下發(fā)的補(bǔ)償信號(hào)分別送到馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板的TBI-2和TBI-12兩端。

1.3 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器

馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器將輸入的兩路信號(hào)，A14板的馬達(dá)隨動(dòng)信號(hào)（變化的直流電壓）和上位機(jī)的調(diào)諧數(shù)據(jù)（經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后的固定直流電壓）進(jìn)行比較、放大后，利用脈寬調(diào)制技術(shù)，控制一個(gè)±36V的直流電驅(qū)動(dòng)調(diào)諧馬達(dá)運(yùn)行。調(diào)諧馬達(dá)運(yùn)行的速度根據(jù)運(yùn)行的距離自動(dòng)調(diào)節(jié)，并在快要到達(dá)指定位置時(shí)自動(dòng)減速，從而達(dá)到精確定位。

1.4 調(diào)諧馬達(dá)裝置

全機(jī)共有12套調(diào)諧馬達(dá)裝置，對(duì)應(yīng)調(diào)諧12路可調(diào)電感電容。

1.5 調(diào)諧電源

調(diào)諧時(shí)為12路調(diào)諧馬達(dá)提供±36V直流電源。

2 自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及工作原理

DF500A型500KW短波發(fā)射機(jī)的自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)是按照先進(jìn)的控制技術(shù)設(shè)計(jì)的，必要的預(yù)存數(shù)據(jù)使得系統(tǒng)可以快速、準(zhǔn)確地粗調(diào)；鑒相器、負(fù)載阻抗以及電流檢測(cè)器的使用，保證了系統(tǒng)能夠更加快速準(zhǔn)確地細(xì)調(diào)。發(fā)射機(jī)調(diào)諧系統(tǒng)主要分為兩個(gè)執(zhí)行步驟：粗調(diào)和細(xì)調(diào)，圖2為自動(dòng)調(diào)諧流程圖。

2.1 粗調(diào)

粗調(diào)是通過(guò)將各路直流馬達(dá)調(diào)整到預(yù)先存儲(chǔ)的調(diào)諧數(shù)據(jù)位置或計(jì)算獲取的調(diào)諧數(shù)據(jù)位置。發(fā)射機(jī)在調(diào)機(jī)期間，調(diào)機(jī)者通過(guò)上位機(jī)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)兩種調(diào)諧數(shù)據(jù)：即熱播數(shù)據(jù)和出廠數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包括12路調(diào)諧馬達(dá)的位置值和5路MS波段開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以及屏壓屏流、相位誤差、調(diào)諧步長(zhǎng)等工作參數(shù)。

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧的粗調(diào)時(shí)，首先到熱播數(shù)據(jù)中去查找，如有保存的數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)下發(fā)至調(diào)諧控制器將各路馬達(dá)調(diào)諧到位。如找不到對(duì)應(yīng)的頻率數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)到出廠數(shù)據(jù)里去找，如果仍沒(méi)有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)會(huì)根據(jù)出廠數(shù)據(jù)自動(dòng)采用內(nèi)插法在相鄰兩個(gè)頻率之間通過(guò)計(jì)算獲得調(diào)諧數(shù)據(jù)（MS開(kāi)關(guān)默認(rèn)選擇為較近頻率的MS開(kāi)關(guān)狀態(tài)）。

粗調(diào)流程分為第一次置位和第二次置位兩個(gè)步驟完成，第一次粗調(diào)為預(yù)調(diào)，將馬達(dá)置位到目標(biāo)位置的左側(cè)（目標(biāo)值減50）。第二次置位為再調(diào)過(guò)程，將馬達(dá)置位到目標(biāo)位置。當(dāng)調(diào)諧元件到達(dá)相應(yīng)的位置后，粗調(diào)結(jié)束，發(fā)射機(jī)高壓合，前級(jí)屏壓升至5KV開(kāi)始進(jìn)入細(xì)調(diào)階段。

2.2 細(xì)調(diào)

細(xì)調(diào)是在粗調(diào)位置的基礎(chǔ)上，通過(guò)鑒相器，鑒阻器和電壓電流互感器實(shí)時(shí)鑒測(cè)到調(diào)諧數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)，使發(fā)射機(jī)工作在最佳工作狀態(tài)。細(xì)調(diào)分為前級(jí)細(xì)調(diào)和末級(jí)細(xì)諧兩個(gè)步驟。

1）前級(jí)細(xì)調(diào)

前級(jí)細(xì)調(diào)以存儲(chǔ)的前級(jí)鑒相值作為調(diào)諧參考，當(dāng)檢測(cè)到的鑒相值與存儲(chǔ)的數(shù)值相比誤差不在允許范圍內(nèi)，則根據(jù)誤差和步長(zhǎng)調(diào)整MP02調(diào)諧馬達(dá)，開(kāi)始MP02先通過(guò)試探性的小范圍移動(dòng)，來(lái)判斷出轉(zhuǎn)動(dòng)方向（鑒相值減小的方向）。然后，馬達(dá)再根據(jù)判斷出的方向來(lái)控制MP02馬達(dá)，使馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)到鑒相器輸出為零的位置。

前級(jí)細(xì)調(diào)完成后，解除封鎖PSM調(diào)制器，按程序升屏壓至lOkV時(shí)停止，開(kāi)始進(jìn)入末級(jí)自動(dòng)細(xì)調(diào)階段。

2）末級(jí)細(xì)諧

末級(jí)細(xì)調(diào)的目的在于使射頻放大器的諧振回路調(diào)諧于當(dāng)前的工作頻率和達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的工作狀態(tài)，并使負(fù)載上獲得的功率最大。末極細(xì)調(diào)按三個(gè)步驟先后進(jìn)行：調(diào)諧、調(diào)載、再調(diào)諧。

首先進(jìn)行調(diào)諧，末級(jí)調(diào)諧與前級(jí)調(diào)諧的工作原理一樣。同樣以存儲(chǔ)的末級(jí)鑒相值作為調(diào)諧參考，當(dāng)檢測(cè)到的鑒相值與存儲(chǔ)的數(shù)值相比誤差不在允許范圍內(nèi)，則根據(jù)誤差和步長(zhǎng)調(diào)整MP05或MPIO馬達(dá)。（注意：IOMHz以上調(diào)MPIO，IOMHz以下調(diào)MP05）

當(dāng)調(diào)諧完成后開(kāi)始調(diào)載，調(diào)載采用ARM鑒阻器R=U/I的方式調(diào)整，在預(yù)存的數(shù)據(jù)中，利用已知的屏壓除以屏流得出電阻值，當(dāng)進(jìn)行細(xì)調(diào)的時(shí)候，再根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的屏壓屏流計(jì)算出實(shí)時(shí)電阻，兩者相減，如果差值為零，不再細(xì)調(diào)；如果不匹配，根據(jù)計(jì)算差值（或?yàn)檎祷蛘邽樨?fù)值）換算成電壓，輸出到馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)（MPII）進(jìn)行細(xì)調(diào)。

調(diào)載完成后，系統(tǒng)會(huì)再次檢查末級(jí)鑒相器的值來(lái)判斷是否處于調(diào)諧狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)鑒相值不在允許范圍內(nèi)，則驅(qū)動(dòng)調(diào)諧馬達(dá)再次進(jìn)行細(xì)調(diào)。當(dāng)末級(jí)調(diào)諧完成后，系統(tǒng)立即切換至高功率開(kāi)始升屏壓，并根據(jù)程序設(shè)定的典型值：末級(jí)屏壓14KV，末級(jí)屏流4IA，輸出功率500KW，在升功率過(guò)程中只要有一個(gè)值達(dá)到要求，則停止升屏壓，并解除音周，發(fā)射機(jī)開(kāi)始播音。

3 結(jié)論

DF500A型500kW短波發(fā)射機(jī)的末級(jí)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)由3個(gè)Ⅱ網(wǎng)絡(luò)，共7個(gè)可調(diào)元件組成，組合方式有很多，比以往機(jī)型的末級(jí)網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜，這給自動(dòng)調(diào)諧的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的困難。目前，該機(jī)型自動(dòng)調(diào)諧的基本方法和原理已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)證，現(xiàn)在廠家正在全力解決全頻段內(nèi)自動(dòng)調(diào)諧的一致性、可靠性問(wèn)題。