淺談雷達伺服系統抗干擾的優化設計

摘要：隨著雷達機動性的不斷提高，雷達的伺服系統涵蓋的內容也越來越全面、復雜。因此要求綜合全面地考慮各種因素，采取多種措施，解決其電磁兼容性問題，保證雷達及其伺服系統穩定可靠地運行。

關鍵詞：電磁干擾;可靠性;優化設計

0引言

隨著雷達總體對伺服系統功能的要求不斷提高，伺服系統越來越復雜，因此在設計時要求綜合考慮各種因素，優化設計，提升抗干擾能力，抑制干擾源，避免伺服分系統與雷達其它分系統以及周圍電磁環境的相互影響，保證其免受或少受電磁干擾，消除發生性能惡化和誤動作的因素，解決其電磁兼容性問題，從而提高系統的抗干擾能力，滿足雷達的可靠性要求。

1伺服系統干擾源及干擾形式

導致設備、傳輸信道和系統性能劣化的電磁騷擾即電磁干擾（EMI）。既可以是來自設備或系統內部的內部干擾，也可以是來自系統外部的外部干擾。電磁干擾包括三個要素：干擾源、耦合通道、受擾體。產生電磁干擾的發射體即為干擾源，通常影響系統的干擾源大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位。

傳遞電磁干擾的途徑即耦合通道，主要包括傳導干擾，可以通過電源線、信號線、地線、互連線、接地導體等進行耦合;以及通過空間耦合直接傳播的空間干擾。雷達伺服系統中的伺服控制器、變頻器等PWM伺服驅動單元自身就是大的干擾源，其產生的電磁干擾通過各種連接線纜和空間輻射直接干擾伺服系統的控制信號、通訊信號甚至干擾雷達其他分系統;同時伺服分系統也會受到其他系統以及裝備周圍環境的電磁干擾，造成伺服系統不能正常工作，甚至影響雷達整機性能。

2伺服系統的抗干擾措施

伺服系統的抗干擾措施主要包括濾波技術、電磁屏蔽技術、接地技術、浪涌抑制技術。選擇滿足EMC要求的電源作為系統中所需的直流電源，選用適合的EMI濾波器作為伺服驅動單元的輸入濾波器或輸出濾波器。抑制電網中的諧波對伺服驅動單元的干擾，及伺服驅動單元產生的高次諧波對電網和周圍部件的干擾。

電磁屏蔽采用低阻值的金屬材料作為屏蔽體，當電磁波通過金屬板時，金屬板產生感應渦流形成歐姆損耗，轉變為熱能損耗，而渦流反磁場抵消入射波干擾磁場產生，吸收損耗，從而切斷電磁波的耦合途徑。采用靈活的接地方式，單點接地和多點接地結合應用，按照不同的信號特性，將互不干擾的電路布置在同一區域，區域內采用串聯單點接地，避免因地線過長而增大接地電阻，區域間采用并聯單點接地，解決公共阻抗耦合的問題。

3電氣控制柜的設計

因為金屬機殼對電磁場的屏蔽作用，所以控制柜必須采用金屬材料。在空間允許的情況下，盡量將強電部分和弱電部分，控制部分和驅動部分分別布置在不同的電氣控制柜中。如果沒有空間，必須混合在一個電氣控制柜里，更要合理布置，盡量減少相互間的干擾。雷達的供電系統一般是三相四線制，由于電源中線對大地間存在共模干擾，電源相線和中線間存在差模干擾，因此不把中線引入伺服機柜中，只引入相線，采用隔離變壓器變出所需電壓，實現電路的電氣隔離，解決由地線環路帶來的系統間相互干擾，并保證電源線的橫截面積足夠大，避免產生過大的壓降。

4電氣控制柜的布置

根據不同的電路特性，將單元器件布置在不同的區域中，電氣元件間留有一定的通風空間，且不阻礙冷卻風扇的風向，冷卻風扇靠近發熱單元安裝。伺服驅動單元靠近柜子底部安裝，與其EMI濾波器安裝在同一塊金屬板上，配線盡量短，金屬板要良好接地，兩者的金屬外殼或接地端要可靠地固定在金屬板上，且接觸面導電良好，接觸面積盡可能大，以避免將濾波器的泄露電流和噪聲電流引入其他部分，同時避免濾波器高頻衰減特性變壞。濾波器的輸入線和輸出線分開捆扎，互相不靠近，避免因耦合降低其高頻特性。

柜內的機箱或殼體上常有必須的開孔或不同部分接合的縫隙等，導致電不連續，降低了屏蔽效能，因此將孔、縫布置于遠離輻射源的地方，增加接縫處的重疊尺寸，在接合面上導電彈性襯墊，或增加螺釘數量，縮短螺釘間距。此外，避免開大孔和細長孔，以減少泄露量。電控柜中布線按強電、弱電分開，不把信號線和動力線捆扎在一起，避免弱電信號受到強電信號的干擾。

伺服驅動單元到電機的動力電纜選用帶金屬屏蔽層的電纜，電機的編碼器信號線、傳感器信號線、驅動單元控制線、伺服控制線等數字信號線采用雙絞屏蔽電纜，電纜兩端的屏蔽層連接到連接器的金屬外殼上。

信號電纜布置遠離變頻器、伺服控制器、變壓器、接觸器（繼電器）等會產生比較嚴重的磁場干擾的部件。多心電纜中未使用的芯線要一端接地，既可增強屏蔽效果，又可抑制芯線間的信號串擾及外部干擾。

電纜轉彎半徑盡可能大，且避免遭受機械性外力侵擾，從而避免在電纜出口處或連接處造成接觸不良，或屏蔽層損壞。電機電纜、驅動單元通訊電纜、反饋電纜等盡量短且連續，中間最好不通過連接器過渡，以減少干擾。

5軟件措施

對于模擬輸入信號，采用數字濾波技術消除噪聲。此外，雷達伺服系統的檢測節點常采用接近開關等電磁感應器件，在露天環境下易受到影響，產生瞬間誤觸發現象，因此常采用“延時”檢測的方法，防止誤觸發引起的系統誤動作。

6結束語

在雷達伺服系統的設計實踐中，細致周密地進行系統分析，敏銳地發現干擾源，靈活運用各種軟硬件抗干擾措施，互相補充完善，切斷干擾的傳播途徑或衰減干擾，形成穩定可靠的伺服系統。

參考文獻

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[2]路宏敏.工程電磁兼容[M]西安：西安電子科技大學出版社，2019

[3]顧適夷，加固型TFT-LCD的電磁兼容設計[J]電子機械工程，2019.22

作者簡介：張武琨（1983.7—）安徽五河縣人，工程師，主要從事雷達整機產品伺服系統控制技術及自動化控制系統研究