某雷達(dá)天線雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的同步技術(shù)探討

陳興 陳東星 謝眾

摘要：介紹了雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理，論述了雙絲桿運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不同步的原因以及如何判定與解決雙絲桿同步運(yùn)行問題。

關(guān)鍵詞：雙絲桿；同步；驅(qū)動(dòng)機(jī)

1.概述

隨著雷達(dá)天線陣面朝著平面陣的方向發(fā)展，天線陣面的架設(shè)撤收都涉及到平面陣的俯仰、折疊、舉升。傳統(tǒng)的單絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)受力不平衡，支點(diǎn)處應(yīng)力集中，且單電機(jī)體積龐大，絲桿橫截面較大。雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有使天線陣面處受力分散，以及減小電機(jī)和絲桿結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)點(diǎn)，因此在大型相控陣?yán)走_(dá)天線的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中使用越來越廣泛。

雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)主要難點(diǎn)是雙絲桿的運(yùn)動(dòng)同步問題，當(dāng)雙絲桿由于加工誤差及裝配誤差，運(yùn)動(dòng)不同步時(shí)，將出現(xiàn)天線陣面的扭擺或出現(xiàn)絲桿的卡死現(xiàn)象。

2.雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理

雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理如下：兩套相同的絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別對稱布置在天線的兩側(cè)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過減速機(jī)減速，再將動(dòng)力傳送到螺母，螺母同步轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲桿直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)天線陣面俯仰至工作位置。雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖1所示。

3.雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不同步原因

雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不同步的原因主要有以下幾個(gè)方面：

3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)導(dǎo)致雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不同步

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械結(jié)構(gòu)的同步運(yùn)行前提是兩絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)三角形投影方向重合，則要求天線骨架鉸接支耳、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度及回差間隙等均嚴(yán)格控制在許可范圍內(nèi)。

2）機(jī)械裝置的裝配

裝配時(shí)安裝基準(zhǔn)、裝配順序的選擇，以及裝配公差的控制都會造成雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝后結(jié)構(gòu)不同步。

3.2 控制方法導(dǎo)致不同步

控制程序上通常采用位置、速度、力矩等多參數(shù)控制。由于負(fù)載不平衡，各種控制方法都會引起雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不同步。

4.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)同步故障恢復(fù)

4.1故障判斷

機(jī)電式雙絲桿故障后，從驅(qū)動(dòng)器讀出故障信息，并讀取兩絲桿的行程，由主軸故障、同步故障或力矩差大于閾值引起的故障可以判定為不同步。

4.2同步恢復(fù)

不同步引起的故障，會使得兩套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程差較大，繼續(xù)啟動(dòng)運(yùn)行，有兩種結(jié)果：一是啟動(dòng)保護(hù)；二是行程差進(jìn)一步加大，不同步加劇。

因此，繼續(xù)啟動(dòng)運(yùn)行前，需要進(jìn)行同步恢復(fù)。

1）行程差超過門限這種情況，在同步恢復(fù)中主軸不動(dòng)，將從軸朝著主軸的位置運(yùn)行。

2）當(dāng)從軸力矩超過門限這種情況

出現(xiàn)時(shí)很大可能為從軸有結(jié)構(gòu)性故

障。處理方法為從軸朝著主軸的位置運(yùn)行，同步點(diǎn)為從軸力矩出現(xiàn)最小值的點(diǎn)。通過軟行程保護(hù)將從軸單軸運(yùn)行至同步點(diǎn)位置，即恢復(fù)同步。

4.3 參數(shù)恢復(fù)

雙絲桿恢復(fù)同步后的參數(shù)可能與故障前參數(shù)不一致。因此，需要將雙絲桿同步后的參數(shù)恢復(fù)到初始參數(shù)。

1）有硬限位的場合，以硬限位為基準(zhǔn)，雙套絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)低速接近硬限位。在接近硬限位完畢后，單軸絲桿運(yùn)行，保證雙絲桿都以一定的力矩貼緊硬限位。以當(dāng)前位置對雙絲桿清零，完成雙絲桿參數(shù)恢復(fù)。

2）在空間限制時(shí)采用絲桿螺母限位，絲桿螺母限位精度依賴于安裝精度，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位置調(diào)整好后，擰緊絲桿末端的雙螺母，作為零位使用。

5.雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不同步問題的解決措施

5.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理布置

利用ADMAS等仿真軟件對每一套絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及鉸鏈處的受力進(jìn)行計(jì)算、校核。

2）裝配誤差的控制

雷達(dá)設(shè)計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)軸線在裝配中無法準(zhǔn)確測量，如果以軸線為安裝基準(zhǔn)將帶來人為的測量誤差。

裝配時(shí)，以水平方向進(jìn)行定位，能夠使天線安裝后兩套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在同一垂直面上。

3）安全保護(hù)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中對天線進(jìn)行多重安全保護(hù)：

（1）軟件保護(hù)，在程序中設(shè)置絲桿運(yùn)行的起點(diǎn)和終點(diǎn)，防止天線運(yùn)動(dòng)

過行程。

（2）硬件保護(hù)，在絲桿運(yùn)行到兩個(gè)極限位置分別裝上行程開關(guān)，作為

到達(dá)行程的判斷依據(jù)。

（3）硬限位，保證在傳感器出現(xiàn)故障及其他任何異常情況下，絲桿不能運(yùn)行超過硬限位的位置，從而起到安全保護(hù)作用。

5.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)同步的控制設(shè)計(jì)

在雙絲桿同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用“追隨式” 設(shè)計(jì)方法。即以一側(cè)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而另一側(cè)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為從動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。主動(dòng)式機(jī)構(gòu)按固定的速度曲線運(yùn)行，而從動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的以一定的速度追趕主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

絲桿運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)檢測主從絲桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)處力矩輸出，當(dāng)力矩差達(dá)到一定值時(shí)認(rèn)為雙絲桿不同步。否則主從絲桿繼續(xù)運(yùn)行，直到位置傳感器檢測到到達(dá)位置信號停止動(dòng)作。

6.結(jié)語

經(jīng)過樣機(jī)的驗(yàn)證，與單絲桿驅(qū)動(dòng)雷達(dá)天線陣面相比，雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大大改善了天線陣面的受力狀況，使天線架撤過程中運(yùn)行更加平穩(wěn)；同步控制算法的運(yùn)用有效的解決了雙絲桿運(yùn)行過程中的同步問題，提高了雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性。

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（作者單位：武漢濱湖電子有限責(zé)任公司）