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文档简介

舰载导航雷达用天线驱动系统改进方案一,现状及改进方案1现状雷达用天线驱动系统采用直流24V电压供电,转速固定24转/分。雷达用天线驱动系统采用模拟电路控制,模拟电路存在着种种弊端:模拟器件的工作状态极易受温度漂移的影响,使速度控制产生零点漂移误差;对弱小信号信噪分离困难,控制精度不高;不能利用控制算法的成果来改善性能等。并且转速不稳定转速范围为(244)转/分2改进目的舰载导航雷达天线驱动系统的任务是保证雷达天线以2档速度(24 rpm 或48 rpm)稳定旋转, 并且可切换。驱动系统设计成转速闭环调节系统,1 当风速突然加大时仍然以给定转速(24 rpm 或48 rpm)旋转。2 天线碰到人或者其他坚硬物体,天线自动停止转动3 设计必要的保护电路4 要求可靠性高、连续工作时间长。二改进方案方案1:使用原有电机,但是改变减速比(即改变齿轮箱的结构)齿轮箱的作用:是成比例的降低电机的转速,成比例的提高电机的的驱动转矩。假设齿轮箱的减速比是J,传动效率为,电机的实际转速为n,电磁转矩为,则天线的转速n计算公式: n= (1)天线的驱动转矩T计算公式: T= J (2)如果降低齿轮箱的减速比J,降低为原来的,电机的转速不变,电压不变,则减速比变为J=J,下面将分析改变齿轮箱的减速比J后对整个驱动系统造成的影响。a.天线转速变为:n= 2n b.天线驱动转矩: 电动机的负载是天线,虽然天线转速提高为原来的2倍,但是负载并没有变。负载不变,但是转速增加,制动转矩稍微增加 转速只是加大了摩擦力摩擦力增加 ,转矩增加。即T TC.电机的电磁转矩T= J = =2即电机的驱动转矩变为原来的2倍以上d.电机的电枢电流 其中为转矩常数,为主磁通也是常数 =2即电机的电枢电流变为原来的2倍以上e.电机的输出功率22即电机的驱动转矩变为原来的2倍以上f.电机的转速 其中R为电枢电阻即电机的实际转速下降,由于电枢电阻R很小,所以只是略微小于。电机转速下降略微下降,导致天线转速略微下降。即天线实际转速稍微低于48转/分。解决办法:天线实际转速要达到48转/分,继续减小减速比,将减速比降为原来的或者更小,但电机的输入电压U不变。则电机的实际转速将达到原来转速的3倍,则天线的转速可达到72转/分。又,通过PWM控制电机的输入电压U可以降低电机转速,降低电机转速也就降低天线转速 ,使天线转速最终稳定在48转/分。小结: 1 电机的电磁转矩至少变为原来的2倍以上,但是必须小于电机的额定转矩 22 电机的电枢电流至少变为原来的2倍以上,但是必须小于电机的额定电流 3电机的实际转速稍微降低42 电机的电磁场功率变为原来的2倍以上,必须小于电机的额定功率。但是改变齿轮箱减速比(改变其中一个齿轮的半径即可),可行性有多高?必要的电机参数:当天线以24转/分运行时,电机的, 。(测量电机的转距需要将一个转距转速传感器与电机转子同轴安装,实施有困难)以及电机的额定参数:,,电机的过载能力和拖动系统允许的最大加速度。方案2:更换电机购买同一公司生产的电机,但是额定电压最好不变, 为原来的2倍。 要比原电机要大。根据实际确定,电机的过载能力和拖动系统允许的最大加速度。因为负载不变,则 额定 2额定 (额定28转/分J2)=2额定=2 =2 小结:三,天线驱动系统控制系统的实现天线驱动系统框图如下图所表示,由主机显示控制单元,MCU,光藕隔离电路,功率驱动电路,电流采样电路,速度采样电路,直流电动机组成。主机显示控制单元向MCU发送控制命令,如:起动,提速,减速,制动等等。电流、速度采样电路采集电流、速度信号。MCU接收到控制命令,根据控制命令,以及反馈回来的电流、速度信号输出PWM脉冲,PWM脉冲经过光藕隔离电路,控制功率驱动电路中CMOS管的导通与关闭,从而控制电机的输入电压。通过调节PWM的占空比来调节电机输入电压的平均值,从而使电机速度达到给定值。1.功率驱动电路设计 2.采样电路设计 电流采样采用电流检测模块。现在电流检测模块种类很多,以霍尔器件为主,利用了霍尔效应,把电流产生的磁信号转换成电信号,其优点是可以实现隔离,而且交直流均可检测,精度较好,但需外接电源,且价格较高。根据直流电动机的控制特点,一组传感器。检测输出信号经过变换处理后再送到DSP芯片的A/D转换器。电流采样通道由霍尔元件、运算放大器和A/D转换器组成。电流采样采用霍尔元件,该元件输出为电流信号,并且信号较弱,须经过精密电阻将其转换为电压信号,再经过放大处理,得到电流信号,再送到A/D转换单元。在输出端接一个电阻R将输出电流信号转变为电压信号,则输出电压UM即与实际电流线性对应。霍尔电流传感器接线图 速度采样捕获单元将捕获这些脉冲的时刻送入速度计算单元,用于计算当前的转速。为了实现精确计算,在硬件方面要采取的措施一方面是提高光栅编码器的分辨精度,即采用高密度的光栅编码器。但是在要求高精度的定位时,不可能仅靠增大栅线的密度来实现。因此另一方面就是采取电子细分技术来提高光栅的分辨率。电子细分是将一个周期的信号内插入许多个计数脉冲,从重复频率的角度来说,也可以称为倍频。4.保护电路设计一个控制系统能否正常工作,除系统各环节能保证正常工作外,还应考虑一些干扰因素及突发性因素的影响。因此,保护电路的设置是十分必要的,完善的保护系统,可以延长装置的使用寿命,并使其可靠性大大提高。本系统充分考虑了各方面因素,设置了过压、过流、电机过热 ,IPM模块故障等保护电路,以及相应的故障信号处理电路。下面分别加以介绍。a.过压保护过压保护电路的作用是当主回路电压超过限定值时,发出报警信号,通知DSP停止系统工作。其原理图如图所示。原理介绍:将流母线经分压电路取得的电压信号,与一预先设定的基准电压信号通过比较器LM339比较。当从母线上取样得到的电压高于基准电压时,使得比较器翻转,输出信号一路送入DSP的I/O口,一路送入故障综合电路(如图4-6)并由故障综合

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