雷达用天线驱动系统

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X围为（24±4）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η，电机的实际转速为n,电磁转矩为

e

T,则

天线的转速n

a

计算公式：

n

a =n

J

（1）

天线的驱动转矩T

a

计算公式：

T

a =

e

T•J•η（2）

如果降低齿轮箱的减速比J ，降低为原来的2

1

,电机的转速不变，电压不变，则减速比变为J '=

2

1

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 'a =

'J n =J n 5.0=2n J

= 2n a 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 'a > T a

C.电机的电磁转矩'e T

T a =e T •J •η

a

e T T = J

η• 'e T =a T '

J'η>a T 0.5J η•=a 2T J

η•=2e T 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'I e

e M T =C I e Φ 其中M C 为转矩常数，Φ为主磁通也是常数

∴e

M T I =

C e Φ

∴'

'M I =C e e

T Φ>

e M 2T C Φ

=2I e 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e e e P T n =•

'''e e e P T n =•>2e T e n •>2e P

即电机的驱动转矩变为原来的2倍以上 f.电机的转速'e n

e e e I R U

n =

- C C e ΦΦ

其中R 为电枢电阻 ''e

e e I R U n - C C e =ΦΦ

- C C e ΦΦ

即电机的实际转速下降，由于电枢电阻R 很小,所以'e n 只是略微小于e n 。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1

3

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e e e I R U

n =

- C C e ΦΦ

，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．'e e 2T T e T <<额定 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

2．2I e 〈' I e 〈I e 额定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e n 稍微降低

4．2e P 〈'e P 〈e P 额定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I e ，e P ，e T 。（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：I e 额定，e P 额定，e T 额定,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U e 最好不变，I e 额定， e P 额定为原来的2倍。e T 额定要比原电机要大。e n 额定根据实际确定，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

'e T e T 额定 〉额定

'e n 额定〉2e n 额定 （'e n 额定〉28转/分•J •2） 'e P 额定=''e T n •额定额定〉e T 额定•2e n 额定=2e P 额定

'

I e

额定=''U e e P 额定额定〉'

2U e e P 额定

额定

=2I e 额定 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。