《伺服系统技术说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《伺服系统技术说明书（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、CINRAD WSR-98D 技术手册之天伺分册1第一章第一章伺服系统技术说明书伺服系统技术说明书1 概述 CINRAD 气象雷达是我国一种新型的气象雷达,它能准确预报台风、冰雹和暴雨,使有关部门及早准备,避免损失。雷达中的伺服系统是用来控制天线转动的，它能够按照 RDASC 信息处理机发布的位置命令使天线准确、快速地转动到指定的位置，亦能够按照 RDASC 信息处理机发布的速度命令精确地使天线匀速转动。2主要性能和指标：2.1 方位 运动范围：0 360连续转动最大速度：34.5/s速度误差精度：5%加速度和减速度范围：15/s19/s位置误差：0.2 轴角编码的精度优于0.05。2.2 俯
2、仰运动范围：-1 +90最大速度：34.5/s 速度误差精度：5%加速度和减速度范围：15/s19/s位置误差：0.2 轴角编码的精度优于0.05。2.3 伺服系统满足下列环境条件：2.3.1 温度和湿度条件室外环境温度 湿度 最低 最高工作 -20C +49C 15%至 100%非工作 -62C +49C 15%至 100%室内环境温度 湿度 最低 最高工作 +10C +35C 20%至 80%CINRAD WSR-98D 技术手册之天伺分册2非工作 -35C +60 15%至 100%CINRAD WSR-98D 技术手册之天伺分册32. 3. 2 供电条件需要三相四线制,220/380V
3、AC10%,55AMP。3伺服系统工作原理根据技术要求，伺服系统在电路上采用了三个环路的结构形式：位置环、速度环和加速度环。系统的结构框图如下：Ap1 + Ga 1 1 K1 D/A Gr + + -_ S JS n T K HaSRa HS图 1加速度环由前向通道 Ga/S 、1/JS 和负反馈通道 HS、HaS 构成。通过与电机同轴的测速机，将系统输出速度转换成电压信号，再进行一次微分，然后送到加速度环的输入端，用加速度环的输入信号与之相减的差来控制此环路。速度环由前向通道 Gr、加速度环和负反馈通道 HS 构成。通过与电机同轴的测速机，将系统输出速度转换成电压信号,然后送到速度环的输入端
4、，用速度环的输入信号与之相减的差值来控制速度环路,使天线按给定的速度匀速转动。位置环由计算机、数模转换器 D/A、K1、速度环和轴角编码器构成。通过轴角编码器将系统输出转角转换成数字电压信号，送到计算机，由计算机按相应控制算法计算后，将数据送至 D/A，控制电机转动，直到输出角等于输入角即误差等于零时电机才停止转动。4结构特征及功能伺服系统按物理位置划分可分成以下几部分：数字控制单元（UD5A6）功率放大单元（UD5A7）轴角编码器单元变压器单元4.1 数字控制单元（UD5A6）数字控制单元布局见装配图 US2.425.002。CINRAD WSR-98D 技术手册之天伺分册4CINRAD W
5、SR-98D 技术手册之天伺分册54.1.1 模拟板模拟板上放置的是方位和俯仰两个支路的模拟环路元件，电路图见US2.891.022DL。4.1.1. 1 方位U2、U3 为方位支路的 NOTCH 电路，它们是用来消除抑制数字采样频率对环路的影响，其中心频率为 22HZ。N6、N7、N8、N11N15 构成方位支路另一个NOTCH 电路，是为了抑制天线座谐振频率对方位伺服环路的影响，其中心频率为 125 HZ 和 15HZ。方位测速机信号经 N9 平波衰减，形成速度环反馈信号送至速度环。速度环反馈信号经微分电路 N10 形成加速度环反馈信号送至加速度环。R106R109、V7V10 构成限幅电
6、路，它把输出限制在10V 的范围内，印制板上其它的此类电路，都具有相同的限幅作用。4.1.1.2 俯仰U24、U25 为俯仰支路的 NOTCH 电路，它们是用来消除抑制数字采样频率对环路的影响，其中心频率为 22HZ。 N27N30、N33N37 构成俯仰支路另一个NOTCH 电路，是为了抑制天线座谐振频率对俯仰伺服环路的影响，其中心频率为 125 HZ 和 15HZ。俯仰测速机信号经 N31 波衰减，形成速度环反馈信号。速度环反馈信号经微分电路 N32 形成加速度环反馈信号。4.1.2 数字板数字板有微处理器及外围控制电路，电路图见 US2.315.041DL。4.1.2.1 微处理器伺服监
7、控的微处理器选用 8031 单片机。8031 内部包含一个 8 位的微处理器、128 个字节的 RAM、21 个特殊功能寄存器、4 个 8 位并行口、一个全双工串行口和两个 16 位定时器，是一个完整的计算机。4.1.2.2 程序存贮器（EPROM）的扩展8031 的片内没有程序存贮器，必须外接 EPROM 电路作为程序存贮器。单片机的 EA 脚接地，CPU 就执行外部 EPROM 中的固化程序。由于单片机的 PO口是分时复用的地址/数据总线，因此在进行程序存贮器扩展时，必须利用地址锁存器将地址信号从地址/数据总线中分离出来。通常地址锁存器使用带三态缓冲输出的八位三态锁存器 74LS573，地
8、址锁存信号为 ALE。4.1.2.3 外部数据存贮器的扩展8031 单片机内部有 128 个字节的 RAM 存贮器，CPU 对内部 RAM 具有丰富的操作指令，但在用于实时数据采集和处理时，仅靠片内提供的 128 个字节数据存贮器是远远不够的，因此利用 MCS51 的扩展功能，来扩展外部数据存贮器。数据存贮器只使用 WR、RD 控制线，而不用 psen，所以数据存贮器和程序CINRAD WSR-98D 技术手册之天伺分册6存贮器的地址可以完全重叠，但数据存贮器与 I/O 口及外围设备是统一编址的，即任何扩展的 I/O 口及外围设备均占有数据存贮器地址。4.1.2.3 数/模（D/A）转换器数/
9、模（D/A）转换器电路将速度数字信号及位置误差数字信号转换为模拟电信号。4.1.2. 4 模/数（A/D）转换及状态检测与故障定位伺服监控要对天线座、 PWM 功率放大器，电机等部件进行状态检测与故障定位，要定位到最小可更换单元，其间被测对象既有开关量，又有模拟量（如电压、速度等） 。对于开关量，我们选用 Intel 公司生产的 8255A 可编程输入输出接口芯片，通过编程可以改变其工作方式，使用灵活方便，通用性强，是单片机与外围设备连接时的中间接口电路。对于模拟量，需要将检测到的连续变化的信号，通过模/数电路转换成数字量，然后输入到微处理器进行处理，将处理后的数据汇同开关量的状态按要求以 B
10、it 的形式上报 RDASC 信息处理机。 详细故障检测项如下：伺服功率放大器禁止伺服功率放大器短路伺服功率放大器过温伺服功率放大器电源电源过压电源欠压电机过热天线座限位减速箱液面高度天线座手轮方位、俯仰轴锁定4.1.2.5 串行通信接口CINRAD 伺服监控与 RDASC 信息处理机，通信接口采用 EIARS232C 美国电子工业协会正式颁布的串行总线标准，采用负逻辑：逻辑“1” ：5V15V逻辑“0” ：5V15V所以当 RS232C 电平与 TTL 电平连接时，必须进行电平软换。目前最常用的电平转换芯片是 MC1488，MC1489，但是它需要 3 种电源12V、12V、5V。CINRA
11、D 伺服监控对外行接口电路，采用美国 MAX 公司生产的集成电路产品 MAX233 它只需要单一5V 电源，双发/双收，使得电路设计简单可靠，且减少电源种类。CINRAD WSR-98D 技术手册之天伺分册74.1.3 电源板电源板是用来给 UD5A，UD5A7 提供低压直流电压的，电路图见US2932773DL。板中 U1 将 220VAC 转换成 308VDC；U2、U3、U4 和 U5 分别将 308VDC转换成+28VDC、+5VDC、+15VDC、-15VDC。4.2 功率放大单元（UD5A7）功率放大单元布局见装配图 US2.808.032。功率放大单元中有两个高性能的直流伺服功率
12、放大器，一个用在俯仰支路，一个用在方位支路，分别用来驱动各自支路的电机，它们受控于来自数字控制单元的控制信号。每个直流伺服功率放大器最大功率为 9KW。单元内还有其他一些部件：一个控制输入电压通断的交流接触器；一个整流器；一套控制电压泵升的电路。4.3 轴角编码器单元轴角编码器由旋转变压器、旋变激磁信号发生器、RDC 模/数转换器、PLD可编程逻辑器件以及控制脉冲组成。其结构框图如下：4.3.1 旋转变压器旋转变压器主要技术参数如下：极对数： 1:32激磁频率 400C/s激磁幅度 26V输出幅度 11.8V测角精度 1015旋 转 变 压 器RDC粗RDC精PLD激 磁光 端 机置位脉冲移位
13、脉冲CINRAD WSR-98D 技术手册之天伺分册84.3.2 旋变激磁信号发生器旋变激磁信号发生器由晶体振荡器、分频电路、选频电路和功率放大电路等组成。其框图如下：晶体振荡器电路产生 4MC 的信号源，经过计数器分频电路得到 400C 的方波信号，选频电路将前极输出的 400C 方波信号，转换为同频率的正弦波。在功率放大电路中，我们用输出变压器来提高激磁信号的幅度，它的作用主要是，隔离前级电路输出信号中的直流分量以保护旋转变压器，提升前级电路输出信号的幅度，降低前级放大电路输出信号的幅度，有利于提高信号质量且能减少设备的电源种类。4.3.3 RDC 模/数转换器RDC 大规模集成电路是旋变
14、信号变换电路，它的作用是将旋转变压器，粗精两个通道输出的交流信号分别转换为可直接读取的数字信息，作为 PLD 可编程逻辑器件的输入信号。4.3.4 PLD 可编程逻辑器件PLD 可编逻辑器件，利用先进的高新科学技术和开发装置，可灵活地编程实现各种逻辑功能。在此要完成三个功能，第一将粗、精两通道的数字量进行组合，旋转变压器的极对数是 1:32，所以粗码取前 5 位，精码取前 8 位，组合成 13 位的轴角数据；第二因为粗、精通道存在着相位差，因此对组合好的轴角数据要进行纠错处理；第三将并行数据变换成串行数据，在置位脉冲与移位脉冲信号的控制作用下，将 13 位串行轴角数据输出到光纤电缆上。4.4
15、变压器单元变压器为三相变压器，它将 380VAC 线电压输入转换成 69.4VAC 输出，转换后的电压送功率放大单元。5故障分析与排除CINRAD 气象雷达有很完善的故障监测功能，当伺服系统出现故障时，可通过监控台上显示的报警信号判断出有故障的部位，然后能有针对性地进行排除。伺服系统设计制造时有意识地按功能划分成了若干个便于维修的可更换单元，这样当判断出有故障的部位后，可以很方便地将有问题的单元进行故障排除。下面列出一些故障现象及排除方法：晶体震荡器分频电路选频电路功率放大CINRAD WSR-98D 技术手册之天伺分册91）控制台上电机过温报警，说明电机连续最大加速度转动而使电机的温度超过了使用温度范围，极易将电机损坏，这时须将此支
