1908_高低角俯仰限制電路的設(shè)計

1908_高低角俯仰限制電路的設(shè)計,高低,高下,俯仰,限制,電路,設(shè)計 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 1 頁1 緒論1.1 課題的背景及目的雷達(dá)發(fā)展至今，已經(jīng)在軍事領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，雷達(dá)系統(tǒng)是利用調(diào)制信號和定向天線將電磁能量發(fā)射到指定空域搜索目標(biāo)，目標(biāo)再將接收到的部分能量（雷達(dá)回波）反射回來，由雷達(dá)接收機(jī)進(jìn)行處理后，抽取出目標(biāo)的距離、速度、角位置以及具有其他識別特征的目標(biāo)信息。雷達(dá)俯仰控制是指雷達(dá)根據(jù)工作模式、量程、載機(jī)高度和目標(biāo)距離，自動設(shè)置俯仰角度或由操作員設(shè)置俯仰角度。機(jī)載雷達(dá)天線俯仰控制通常只采用手動方式，而機(jī)載雷達(dá)的天線俯仰控制有自動、手動和高度帶設(shè)置三種方式，自動控制是指雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)操作員選定的工作模式、量程，自動設(shè)置天線俯仰角；手動控制是指雷達(dá)操作員可以根據(jù)實(shí)際探測需求，人工設(shè)置天線的俯仰角；高度帶設(shè)置是指根據(jù)載機(jī)高度和目標(biāo)距離，系統(tǒng)自動設(shè)置天線俯仰角。本課題是研究炮瞄雷達(dá)天線高低角工作范圍為-15—95 度，當(dāng)轉(zhuǎn)到接近最高和最低極限位置時，該電路自動去掉天線驅(qū)動電機(jī)上的控制電壓，并使天線很快被制動，防止機(jī)械和電機(jī)過荷損壞，起到保護(hù)作用。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r雷達(dá)發(fā)展至今已有一百多年的歷史。1864 年英國物理學(xué)家麥克斯韋（J.C.axwell）提出“電磁場理論 ”，并預(yù)見了電磁波的存在。 1903 年德國人克里斯琴.威爾斯姆耶（Christian Hulsmeyer）研制出原始的船用防撞雷達(dá)并獲得專利權(quán)，這拉開了世人研制雷達(dá)的序幕。1922 年美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室（Naval Research Lab.）的 A.H 泰勒和 L.C揚(yáng)用一部波長為 5 米的連續(xù)波實(shí)驗(yàn)裝置探測到了一只木船。由于當(dāng)時無有效的隔離方法，只能把收發(fā) 機(jī)分置，這實(shí)際上是一種雙基地雷達(dá)。1937 年由羅伯特.沃森.瓦特設(shè)計的第一部可使用雷達(dá)“Chain Home”在英國建成，英國正式部署了作戰(zhàn)雷達(dá)網(wǎng)“鏈條” 。雷達(dá)分為地基、機(jī)載、空載、艦載雷達(dá)，也可以根據(jù)雷達(dá)的工作頻段、天線類型、所用波形等不同特征分類。雷達(dá)還可以根據(jù)其任務(wù)或功能分為：氣象雷達(dá)、截獲搜索雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、邊跟邊掃雷達(dá)、火控雷達(dá)、預(yù)警雷達(dá)、超視距雷達(dá)、地形跟隨雷達(dá)、 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 2 頁地形回避雷達(dá)等。相控陣?yán)走_(dá)使用相控陣天線，因此常被稱為多功能雷達(dá)。雷達(dá)最常見的分類方法是根據(jù)其所用波形或工作頻率，按波形可分為連續(xù)波（CW）或脈沖(PR)雷達(dá)。連續(xù)波雷達(dá)能連續(xù)發(fā)射電磁能量，有獨(dú)立的發(fā)射天線和接收天線。非調(diào)制連續(xù)波雷達(dá)可以精確地測量目標(biāo)的徑向速度（多譜勒頻移）和角位置，但不能得到目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)，因此這種雷達(dá)的主要用途是對目標(biāo)速度的搜索和跟蹤以及導(dǎo)彈制導(dǎo)。脈沖雷達(dá)的波形為調(diào)制脈沖串。根據(jù)脈沖重復(fù)頻率的高低又可將脈沖雷達(dá)分為低、中、高PRF 雷達(dá)。低 PRF 雷達(dá)主要用于測距，它對目標(biāo)的速度（多譜勒頻移）不敏感。高PRF 雷達(dá)主要用于測量目標(biāo)的速度。如果使用不同的調(diào)制方式，連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)都可以測量目標(biāo)的距離和徑向速度。我國現(xiàn)役的雷達(dá)天線俯仰控制比較簡單, 一般通過方位/ 俯仰控制開關(guān)控制天線在方位方向轉(zhuǎn)動,然后采用手動或自動裝置對天線進(jìn)行上仰或下俯。在當(dāng)今隨著科技的迅猛發(fā)展，人們對雷達(dá)設(shè)備精準(zhǔn)度要求的不斷提高，雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計問題必將引起人們的廣泛關(guān)注，也必將得以進(jìn)一步的發(fā)展。當(dāng)前人們對雷達(dá)天線高低角俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計也有很多種，像有電機(jī)來作為動力源來帶動雷達(dá)天線的俯仰機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，也有用液壓系統(tǒng)來控制雷達(dá)天線的俯仰機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，當(dāng)然還有其他的一些方法。對高低角俯仰限制電路的研究分析，發(fā)現(xiàn)前人的設(shè)計思路主要有脈沖電路，也有用單片機(jī)來控制的。1.3 課題研究內(nèi)容及要求本文綜合國內(nèi)外雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計，通過調(diào)研搜集資料，并運(yùn)用所學(xué)知識，設(shè)計一種機(jī)械控制電路。要求雷達(dá)天線高低角工作范圍為-15—95 度，當(dāng)轉(zhuǎn)到接近最高和最低極限位置時，該電路自動去掉天線驅(qū)動電機(jī)上的控制電壓，并使天線很快被制動，防止機(jī)械和電機(jī)過荷損壞，起到保護(hù)作用。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 3 頁2 雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計參考本設(shè)計對雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)不做重點(diǎn)設(shè)計，但是也應(yīng)該有一個設(shè)計思路，本文研究了前人的設(shè)計思路，對其進(jìn)行了簡單的分析?，F(xiàn)代車載式高機(jī)動雷達(dá)天線車具有工作及運(yùn)輸 2 種狀態(tài)，即在工作時將天線舉升至一定高度，并將天線陣面翻轉(zhuǎn)至一定的俯仰角度，可以減小地面及車上設(shè)備對天線波束的影響；工作結(jié)束后將天線恢復(fù)到水平狀態(tài)或其它特定角度，整車外形尺寸滿足公路、鐵路運(yùn)輸時不超高、不超寬的要求。為滿足高機(jī)動雷達(dá)的機(jī)動性高、架設(shè)撤收迅捷的特性要求，需要一種能夠?qū)⑻炀€在 2 種狀態(tài)間迅速轉(zhuǎn)換的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)技術(shù)。目前常用的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)技術(shù)主要有以下 2 種1） “舉升轉(zhuǎn)臺 + 俯仰機(jī)構(gòu)”式設(shè)計。如圖 1（a ）所示，通常采用機(jī)電液混合伺服傳動技術(shù)，轉(zhuǎn)臺與天線被同時舉高；2） “俯仰機(jī)構(gòu) + 推舉天線”式設(shè)計。如圖 1（b）所示，通常采用全機(jī)電伺服傳動技術(shù)，天線單獨(dú)運(yùn)動，舉升機(jī)構(gòu)為滑軌結(jié)構(gòu)。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 4 頁前者舉升高度較高，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)要求高；后者機(jī)構(gòu)設(shè)計相對簡單，但舉升高度有限，因滑軌結(jié)構(gòu)的密封性不足，環(huán)境適應(yīng)性較差，同時兩者都存在天線偏心大的缺點(diǎn)。某型雷達(dá)系統(tǒng)要求在工作狀態(tài)時天線要滿足以下條件：1） 能夠舉升至一定高度；2） 有一定的預(yù)仰角；3） 轉(zhuǎn)動時天線偏心量盡可能??；4） 結(jié)構(gòu)緊湊、控制方便、維護(hù)簡單。論證表明，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)已無法滿足要求，需要研制一種新的機(jī)構(gòu)形式。文中提出了一種基于平面機(jī)構(gòu)原理的傳動機(jī)構(gòu)方案，可滿足上述要求。2.1 新型機(jī)構(gòu)的原理與結(jié)構(gòu)方案2.1.1 機(jī)構(gòu)工作原理圖 2 為新型機(jī)構(gòu)在運(yùn)輸狀態(tài)下的運(yùn)動簡圖。機(jī)構(gòu)中，活動構(gòu)件數(shù) n=6，低副 L=8，高副 H=0，機(jī)構(gòu)自由度為P=3n－ 2L－H=2機(jī)構(gòu)自由度數(shù)與主動件數(shù)相等，符合機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 5 頁2.1. 2 新型機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案從提高系統(tǒng)的實(shí)用性與可靠性考慮，新型機(jī)構(gòu)采用全機(jī)電伺服傳動技術(shù)方案。在具體的工程設(shè)計中，圖 2 中 6、7 為傳統(tǒng)的絲杠傳動機(jī)構(gòu)，4、5 為單級電動缸（作為俯仰機(jī)構(gòu)） ，2 為門架，機(jī)架 1 為轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)盤。上述部分在轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動下做方位轉(zhuǎn)動，如圖 3 所示。舉升機(jī)構(gòu)與俯仰機(jī)構(gòu)各為 2 套，分別同步運(yùn)動，既可降低對天線骨架的剛性要求，又可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。2.1．3 機(jī)構(gòu)工作過程設(shè)計天線由運(yùn)輸狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)有以下 2 種運(yùn)動方法可選：1） 分步運(yùn)動法。單級電動缸首先伸出到位，完成天線的俯仰運(yùn)動，然后在絲杠 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 6 頁傳動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下，門架轉(zhuǎn)動到位，完成天線的舉升運(yùn)動，分 2 步完成天線狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。2） 同步運(yùn)動法。電動缸與絲杠傳動機(jī)構(gòu)同時啟動，然后同時運(yùn)動到位，一步即可完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換。逆向工作過程即可將天線由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為運(yùn)輸狀態(tài)。方法 1） 控制簡單，但轉(zhuǎn)換過程中偏心現(xiàn)象較為明顯； 方法 2） 重心控制較好，但由于同時運(yùn)動的構(gòu)件較多，機(jī)構(gòu)同步性要求較高，伺服控制難度較大?？紤]到機(jī)構(gòu)的可靠性與控制的簡便性，最終確定采用分步運(yùn)動控制方法，并將中間狀態(tài)作為天線維修狀態(tài)。天線工作狀態(tài)如圖 4 所示。2.2 機(jī)構(gòu)載荷分析依據(jù)分步運(yùn)動方案，利用“多體動力學(xué)仿真分析軟件 ADAMS”分析運(yùn)動過程中俯仰機(jī)構(gòu)與舉升機(jī)構(gòu)的載荷情況。仿真工況分析：在實(shí)際工作中，在天線的重量分布不均勻以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動同步性的差異等因素的影響下，2 套俯仰、舉升機(jī)構(gòu)在受力上會有所不同。但在分析時按受力相同、同步運(yùn)動的理想工況考慮，分析結(jié)果如圖 5 所示。圖中紅色實(shí)線為俯仰機(jī)構(gòu)單套載荷變化曲線，藍(lán)色虛線為舉升機(jī)構(gòu)單套載荷變化曲線。從圖 5 中可以看出單套舉升機(jī)構(gòu)最大載荷為 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 7 頁Fmax1=18 kN單套俯仰機(jī)構(gòu)最大載荷為Fmax2=31 kN2.3 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計舉升機(jī)構(gòu)采用普通的絲杠傳動機(jī)構(gòu)形式。絲杠傳動機(jī)構(gòu)是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過螺旋傳動副（滑動或滾動螺旋副）的機(jī)械運(yùn)動轉(zhuǎn)換為絲杠的直線運(yùn)動，并利用伺服電機(jī)的閉環(huán)控制特性，實(shí)現(xiàn)對推力、速度和位置的精密控制。圖 6 為普通絲杠舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。絲杠暴露在外，可為絲杠加裝防護(hù)罩，以增強(qiáng)絲杠的環(huán)境適應(yīng)性。2.3．1 設(shè)計計算考慮到機(jī)構(gòu)的自鎖要求，舉升機(jī)構(gòu)使用梯形絲杠副結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)絲杠的剛強(qiáng)度要求，初選梯形絲杠參數(shù)為公稱直徑 d=60 mm導(dǎo)程 S=9 mm 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 8 頁根據(jù)上節(jié)分析結(jié)果，舉升機(jī)構(gòu)最大載荷為 18 kN，絲杠副的驅(qū)動力矩為 ??m6.8tg2d????NFT???絲杠中徑： d2= 55.5 mm導(dǎo)程角： γ=2.96°當(dāng)量摩擦角：ρv=5.91°效率： ??%3tg??????安全系數(shù)按1.5 倍考慮，則單套舉升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力矩設(shè)計參考值約為130 N·m舉升機(jī)構(gòu)總行程約為430 mm，運(yùn)動時間不大于1min，則梯形螺母的最低轉(zhuǎn)速為minr8.471930n???根據(jù)以上計算結(jié)果，驅(qū)動電機(jī)初選1.5 kW 交流伺服電機(jī)，其額定力矩為4.77 N·m，額定轉(zhuǎn)速為3000 r / min。由電機(jī)額定轉(zhuǎn)速及螺母最大轉(zhuǎn)速可以得出傳動鏈總速比最大值為 ，減5.624830iz??速機(jī)速比選為 ，則末級齒輪速副比最大值為 ，初步確定末級50ij? .1562ijzm???齒輪副速比為 im= 1。2.3.2 設(shè)計校核從輸出力矩角度進(jìn)行校核，按電機(jī)額定輸出計算，末級（螺母） 輸出力矩為m1308.9.0157.4imj ?????NT?從輸出轉(zhuǎn)速（即工作時間） 角度進(jìn)行校核，按電機(jī)額定輸出計算，末級（螺母） 輸出轉(zhuǎn)速為inr8.47ir60153nm???故上述設(shè)計滿足驅(qū)動力矩及工作時間要求。2.4 俯仰機(jī)構(gòu)設(shè)計俯仰機(jī)構(gòu)采用單級伺服電動缸機(jī)構(gòu)。伺服電動缸在傳統(tǒng)的絲杠傳動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上改而來，其傳動原理與傳統(tǒng)絲杠傳動機(jī)構(gòu)相同。二者的區(qū)別在于電動缸是將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為螺母的直線運(yùn)動。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 9 頁與普通絲杠傳動機(jī)構(gòu)相比，電動缸有效行程、效率都低于前者，重量也不占優(yōu)勢。但其防護(hù)性能更佳，環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，維護(hù)簡單。電動缸結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。2.4.1 設(shè)計計算出于與舉升機(jī)構(gòu)相同的考慮，俯仰機(jī)構(gòu)使用梯形絲杠副結(jié)構(gòu)，初選與舉升機(jī)構(gòu)同規(guī)格的梯形絲杠，其參數(shù)為公稱直徑： d =60 mm導(dǎo)程： p =9 mm根據(jù)第 3 節(jié)的分析，俯仰機(jī)構(gòu)載荷最大值為 31 kN，則絲杠的驅(qū)動力矩 T = 149．6 N·m （計算過程與3.1節(jié)相同） 。安全系數(shù)按1.5倍考慮，則單套俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計驅(qū)動力矩為224．4 N·m 。俯仰機(jī)構(gòu)總行程約為1000 mm ，運(yùn)動時間不大于 2 min，則梯形絲杠的最低轉(zhuǎn)速：minr5.2910n???根據(jù)以上計算結(jié)果 ，驅(qū)動電機(jī)初選2 .2 kW 交流伺服電機(jī)，額定輸出扭矩 7 .0 N· m，額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min。由電機(jī)額定轉(zhuǎn)速及絲杠最低轉(zhuǎn)速可以得出傳動鏈總速比最大為 ,減速54.30iz??機(jī)速比選為 ,則末級齒輪副速比最大值為 ,初步確定末級齒輪副50ij? 8.1504ijzm??速比 im= 1。2.4.2 設(shè)計校核從輸出力矩角度進(jìn)行校核，末級輸出力矩為；m4.280.150.7imj ?????NT? 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 10 頁從輸出轉(zhuǎn)速角度進(jìn)行校核，末級輸出轉(zhuǎn)速為，minr5.60153nm???故上述設(shè)計滿足驅(qū)動力矩及工作時間要求。2.5 機(jī)構(gòu)動態(tài)穩(wěn)定性設(shè)計俯仰舉升機(jī)構(gòu)屬于平面四連桿機(jī)構(gòu)，存在較多的裝配間隙，機(jī)構(gòu)的動態(tài)穩(wěn)定性不足?？刹扇∪缦麓胧┨岣邫C(jī)構(gòu)的動態(tài)穩(wěn)定性：1） 門架與轉(zhuǎn)盤間設(shè)計機(jī)械限位。門架舉升到位后，舉升機(jī)構(gòu)對門架施加預(yù)緊力，將門架、舉升機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)盤在預(yù)緊力的作用下連接形成剛性支撐結(jié)構(gòu)。2） 對俯仰機(jī)構(gòu)部分設(shè)計輔助撐桿，提高俯仰機(jī)構(gòu)連接的動態(tài)穩(wěn)定性。通過對上述機(jī)構(gòu)的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)雷達(dá)天線的俯仰俯仰部分可以用平面連桿機(jī)構(gòu)，本設(shè)計重點(diǎn)不是對機(jī)構(gòu)的設(shè)計，因此對上面的機(jī)構(gòu)的分析主要是論證其可行性。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 11 頁3 雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)可將輸入的脈沖電信號變換為階躍式的角位移或直線位移。因此, 能用這種電機(jī)作為執(zhí)行元件來對雷達(dá)(或監(jiān)視裝置)的方位角、俯仰角實(shí)現(xiàn)自動控制。步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動元件的特點(diǎn)是: 能快速啟動、反轉(zhuǎn), 制動的反應(yīng)速度快 , 運(yùn)行速度可調(diào), 精度高, 慣性小。另外, 它的步距角和轉(zhuǎn)速不受電壓和負(fù)載變化以及環(huán)境條件的影響, 尤其適合在數(shù)字控制系統(tǒng)中使用。本裝置采用上位機(jī)、下位機(jī)兩級控制。下位機(jī)由主從式單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成, 其主要作用在于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的監(jiān)控以及上、下位機(jī)之間的通訊。上位機(jī)用在更高一級層次上來指揮全系統(tǒng)的運(yùn)行。3.1 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)由四個部分組成, 其框圖如圖 1 所示3.2 上位機(jī)單元本單元采用 IB M 一 Pc 機(jī), 機(jī)內(nèi)裝有異步通訊適配器板。其主要器件為可編程的 8 2 5 OU ART 芯片, 便于同與標(biāo)準(zhǔn) RS- 232 c 串行通訊器件接口的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。由于主單片機(jī)中僅有一個全雙工串行口用來與從機(jī)單元進(jìn)行通訊, 故本系統(tǒng)采取串行擴(kuò)展通道(8 2 51 芯片) 。上位機(jī)與主單片機(jī)單元之間的通訊接口見圖 2 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 12 頁3.3 主單片機(jī)單元本單元通過擴(kuò)展的串行通訊口與上位機(jī)進(jìn)行通訊, 接收上位機(jī)發(fā)送來的信息, 并互通相關(guān)的狀態(tài)信息。同時, 主單片機(jī)單元也將控制信息、數(shù)據(jù)發(fā)送給從單片機(jī)單元, 指揮從機(jī)工作.本裝置的方位角與俯仰角傳動機(jī)構(gòu)分別采用一臺步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動, 同時運(yùn)行, 因此, 主從單片機(jī)單元之間需要多機(jī)全雙工通訊接口, 其框圖如圖3 所示.其中O、1 . 從機(jī)分別控制方位角、俯仰角步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) . 它們的TXD 端、RXD 端與主單片機(jī)單元的RXD、TXD 端相連, 形成廣播式的通訊模式。主機(jī)發(fā)送的信息, 由從機(jī)接收并互為通訊。本單元還設(shè)置人一機(jī)接口, 配備有鍵盤、顯示器, 便于操作和觀察各相關(guān)的信息。3.4 從單片機(jī)單元從單片機(jī)單元由兩個獨(dú)立的8031最小系統(tǒng)組成。在主機(jī)控制下, 通過驅(qū)動接口, 兩個從機(jī)分別控制方位角、俯仰角步進(jìn)電機(jī)的快速啟停、正反轉(zhuǎn)、加減速、連續(xù)掃描和實(shí)時跟蹤. 步進(jìn)電機(jī)所需的時序脈沖, 由8031 的P : 口提供. 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 13 頁3. 5 執(zhí)行單元執(zhí)行單元由光電隔離、步進(jìn)電機(jī)、功放、傳動裝置、穩(wěn)壓電源等幾部分組成。為保證系統(tǒng)正常工作, 低壓部分的單片機(jī)和高壓部分運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī), 以光電藕合的方式將二者隔離開來,本系統(tǒng)采用兩只75 BF 00 1 型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) , 其工作電壓為D C2 4v , 靜態(tài)電流為3 A , 步距角為1.50 , 三相六拍工作方式 , 直接由從機(jī)的P ; 口控制。由六個T w H 8 7 5 2 功率集成芯片組成驅(qū)動電源中的功率放大電路. 脈沖調(diào)制電路由NE 55 構(gòu)成。整個執(zhí)行單元框圖見圖4 。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 14 頁4 雷達(dá)俯仰部分的設(shè)計方案由上述雷達(dá)機(jī)構(gòu)以及動力來考慮，本設(shè)計雷達(dá)天線俯仰運(yùn)動其動力源也是由步進(jìn)電機(jī)來帶動。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速較大，而雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)速比較慢，所以要靠減速器來實(shí)現(xiàn)，減速器帶動偏心輪，偏心輪連接著連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線的俯仰運(yùn)動。本設(shè)計不在步進(jìn)電機(jī)選擇及減速器的設(shè)計上作重點(diǎn)介紹。本課題主要設(shè)計一種控制電路，要求雷達(dá)天線高低角工作范圍為-15 至 95 度，當(dāng)轉(zhuǎn)到接近最高和最低極限位置時，該電路自動去掉天線驅(qū)動電機(jī)上的控制電壓，并使天線很快被制動，防止機(jī)械和電機(jī)過荷損壞，起到保護(hù)作用。因此我們可以考慮在雷達(dá)天線運(yùn)動的極限位置，即-15 度和 95 度兩個位置安裝兩個限位開關(guān)，使得雷達(dá)運(yùn)動到這兩個角度時，雷達(dá)天線觸碰到兩個限位開關(guān)，兩個限位開關(guān)起到保護(hù)作用，使得步進(jìn)電機(jī)斷電，從而使雷達(dá)天線停止運(yùn)動，若要使雷達(dá)天線離開極限位置，只需要再轉(zhuǎn)到手輪即可。所以本設(shè)計重點(diǎn)是設(shè)計這個高低角俯仰限制電路。同時應(yīng)該考慮到步進(jìn)電機(jī)斷電后，雷達(dá)天線由于質(zhì)量比較大，仍然有慣性，為了防止雷達(dá)天線由于慣性碰壞，本文應(yīng)該考慮設(shè)計一個剎車機(jī)構(gòu)（緩沖裝置） 。剎車機(jī)構(gòu)（緩沖裝置）大概有兩種：電剎車以及機(jī)械剎車。電剎車即電制動剎車，在剎車系統(tǒng)中算一個新興領(lǐng)域，通過查閱資料，發(fā)現(xiàn)電剎車系統(tǒng)在飛機(jī)等大功率電子設(shè)備中應(yīng)用較多，隨著研究的深入，當(dāng)前民用飛機(jī)正向“多電化”方向發(fā)展，越來越多的電控部件取代了液壓控制部件，從而更有效的利用了發(fā)動機(jī)的輸出功率，降低了耗油量。傳統(tǒng)的機(jī)械剎車，像液壓系統(tǒng)也是常用的剎車系統(tǒng)，電剎車系統(tǒng)跟液壓系統(tǒng)相比，有著其優(yōu)越性，像在飛機(jī)上，電制動剎車系統(tǒng)，它用機(jī)電作動機(jī)構(gòu)取代現(xiàn)有剎車系統(tǒng)的液壓作動機(jī)構(gòu)，不再需要管道、泵和閥等液壓組件，完全避免了漏油故障；各種信號都通過電纜傳輸，對剎車系統(tǒng)的監(jiān)控更為簡單和直觀，控制程序可以根據(jù)飛機(jī)狀態(tài)（飛機(jī)載重、發(fā)動機(jī)推力、襟副翼狀態(tài)和輪胎磨損等情況）和地面狀況（地面干濕、 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 15 頁跑道滑行道長度等）實(shí)現(xiàn)對剎車系統(tǒng)的動態(tài)控制，使飛機(jī)能在理想狀態(tài)下滑行和降落，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油、節(jié)約成本和避免人為差錯。本設(shè)計由于是應(yīng)用在雷達(dá)天線上，剎車系統(tǒng)主要是起著緩沖作用，緩沖器的作用為, 防止天線座轉(zhuǎn)動部分由于限位開關(guān)失靈、制動器發(fā)生故障或其它的意外情況越過限位區(qū)域, 從而使天線或天線座損壞。緩沖器作為天線座的安全保護(hù)裝置, 要求具有兩方面的功能: 一是緩沖作用 , 將突然的沖擊載荷轉(zhuǎn)化為緩慢作用的載荷, 延長加載時間, 減小沖擊力; 另一方面還要具有一定的減振作用, 將吸收的能量通過摩擦不可逆地轉(zhuǎn)化為熱能散失掉, 亦即能吸收和耗散能量, 回彈小, 從而減小天線和天線座的沖擊和振動。因此本設(shè)計可以采用傳統(tǒng)的機(jī)械剎車裝置，及緩沖裝置。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 16 頁5 高低角俯仰限制電路針對要求雷達(dá)天線高低角工作范圍為-15 至 95 度，當(dāng)轉(zhuǎn)到接近最高和最低極限位置時，該電路自動去掉天線驅(qū)動電機(jī)上的控制電壓，并使天線很快被制動，防止機(jī)械和電機(jī)過荷損壞，起到保護(hù)作用。我們可以考慮在雷達(dá)天線運(yùn)動的極限位置，即-15 度和 95 度兩個位置安裝兩個限位開關(guān)，使得雷達(dá)運(yùn)動到這兩個角度時，雷達(dá)天線觸碰到兩個限位開關(guān)，兩個限位開關(guān)起到保護(hù)作用，使得步進(jìn)電機(jī)斷電，從而使雷達(dá)天線停止運(yùn)動，若要使雷達(dá)天線離開極限位置，只需要再轉(zhuǎn)到手輪即可。高低角俯仰限制電路的作用是當(dāng)天線接近最高 95 度或最低極限位置-15 度時，自動的去掉驅(qū)動電動機(jī)電樞上的控制電壓，使天線很快被制動，防止電機(jī)和機(jī)械過荷，起到保護(hù)作用。高低角俯仰限制電路由兩個終端開關(guān)（KZ32-51 和 KZ32-52） 、三個繼電器（J32-1、J32-2 和 J32-3） 、四個硅二極管（BG32-10、11 和 BG32-12、9）等組成，其電路如圖 1 所示。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 17 頁圖 1終端開關(guān)裝在天線座的高低角動力傳動裝置外殼的一個小盒內(nèi)，開關(guān)的頂桿露在外面，當(dāng)天線沿高低角轉(zhuǎn)到接近最高或最低極限位置時，裝在扇形齒輪上的楔形銷就會壓迫相應(yīng)的那個終端開關(guān)的頂桿，使開關(guān)接通。電路的其它元件則裝在一個膠木板上，呆在天線座的立柱上。當(dāng)天線在上、下極限位置之間轉(zhuǎn)動時，終端開關(guān)均不被頂通，高低角俯仰限制電路開路不起作用。當(dāng)天線沿高低角向下轉(zhuǎn)動時，誤差信號使圖 1 中 A 點(diǎn)電位低于 B 點(diǎn)的電位，當(dāng)天線轉(zhuǎn)到下極限位置時，終端開關(guān) KZ32-51 被頂通，由于 A 點(diǎn)電位低于 B 點(diǎn)電位，BG32-11 處于導(dǎo)通狀態(tài)，于是限制電路的右支路開始工作，將使電力放大機(jī)的輸出很快下降，接近于零。電力放大機(jī)輸出很快下降的原因有：（一） 電力放大機(jī)控制繞組上的電壓被旁路。旁路電流從 B 點(diǎn)經(jīng) BG32-11、J32-1 和 KZ32-51 到 A 點(diǎn)。使得電力放大機(jī)的輸入大大減小，故輸出也就顯著減小。（二） 電力放大機(jī)的輸出被旁路。J32-1 線包有電流流過而動作，其觸點(diǎn)將 J32-3 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 18 頁的線包電源接通，J32-3 的觸點(diǎn)就將使電力放大機(jī)的輸出端 H2B2 經(jīng) R32-54 旁路，使電力放大機(jī)的輸出很快下降。C32-1 起到保護(hù)繼電器觸點(diǎn)不被燒壞的作用。（三） 驅(qū)動電機(jī)反電勢驅(qū)使電流流過電力放大機(jī)的補(bǔ)償繞組 B2B1，此電流與正常工作時電力放大機(jī)輸出電流流過補(bǔ)償繞組的方向相反，所以這時補(bǔ)償繞組產(chǎn)生的磁通和控制繞組的磁通方向相反，起著去磁作用，使電力放大機(jī)輸出很快下降。由于電力放大機(jī)的輸出很快下降，驅(qū)動電機(jī)加在天線上的轉(zhuǎn)矩也就很快減小而接近于零。因驅(qū)動電機(jī)反電勢所產(chǎn)生的電流以正常時相反方向流過驅(qū)動電機(jī)的電樞，造成很大的反轉(zhuǎn)矩，使天線很快制動，保證其安全。要想使天線離開極限位置而轉(zhuǎn)動手輪使天線升高時，這時的誤差信號使圖中 A 點(diǎn)電位高于 B 點(diǎn)電位，BG32-11 不導(dǎo)電，限制電路的右支路被切斷， J32-1 和 J32-3 均不工作（為了防止 BG32-11 的反向電流引起 J32-1 的動作，在 J32-1 的線包上并聯(lián)二極管BG32-9） ，電力放大機(jī)的輸入和輸出電路的旁觀現(xiàn)象被消除，起到正常放大作用，控制電壓加到驅(qū)動電機(jī)上，驅(qū)使天線升高而離開極限位置。當(dāng)天線升高到達(dá)上極限位置時，KZ32-52 被頂通，限制電路的左支路工作，同樣能使天線很快被制動，其工作原理與上述相仿。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 19 頁6 緩沖裝置緩沖器的作用為, 防止天線座轉(zhuǎn)動部分由于限位開關(guān)失靈、制動器發(fā)生故障或其它的意外情況越過限位區(qū)域, 從而使天線或天線座損壞。緩沖器作為天線座的安全保護(hù)裝置, 要求具有兩方面的功能 : 一是緩沖作用, 將突然的沖擊載荷轉(zhuǎn)化為緩慢作用的載荷, 延長加載時間, 減小沖擊力 ; 另一方面還要具有一定的減振作用, 將吸收的能量通過摩擦不可逆地轉(zhuǎn)化為熱能散失掉, 亦即能吸收和耗散能量 , 回彈小, 從而減小天線和天線座的沖擊和振動。6.1　分析、計算和設(shè)計（載荷分析和計算）設(shè)計緩沖器首先要確定其使用條件, 明確按什么樣的“意外情況” 來設(shè)計緩沖器, 也就是緩沖器的受載分析。本設(shè)計主要考慮天線座方位部分在最大風(fēng)力矩和最大電機(jī)驅(qū)動力矩作用下, 以最大角速度及最大速度轉(zhuǎn)動時, 止擋塊撞到緩沖器上能吸收的全部能量, 有下式2m/1(????JMEW）式中, E 為緩沖器應(yīng)吸收的能量; 為最大工作風(fēng)速時的風(fēng)力矩; Mm 為碰撞后的電動w機(jī)驅(qū)動力矩; J 為天線座及驅(qū)動系統(tǒng)折算到方位軸上的慣量; 天線座方位的最大角速度;為緩沖行程。?計算得到緩沖器要吸收的能量約為 118 焦耳6.2　設(shè)計6.2.1　彈簧的設(shè)計由于本雷達(dá)天線座的尺寸限制和美化設(shè)計的要求, 如單純以彈簧緩沖器來實(shí)現(xiàn), 無法滿足要求, 經(jīng)過多次試算 , 最后采用如下圖所示集彈簧、氣缸及橡膠墊為一體的復(fù)合緩沖器。其能量分配如下:321E?? 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 20 頁式中, 為彈簧吸收的能量; 為壓縮空氣吸收的能量; 為橡膠墊吸收的能量。1E2E3E其中, 彈簧吸收的能量分為兩只彈簧可吸收能量的總和。按實(shí)際空間和有限尺寸選用彈簧如下:彈簧 1　 行程　S=28mm直徑 d=3mm旋向 右有效圈數(shù) n=8極限壓力 P=315N吸收能量 E= 0.5PS=4.41(J)彈簧 2　行程　S=28mm直徑 d=6mm旋向 左有效圈數(shù) n=4極限壓力 P=2267N吸收能量 E=0.5PS=31.74( J)其中彈簧 1 主要用來歸位, 并吸收少量能量。彈簧 2 吸收部分能量。兩彈簧吸收之和不能滿足要求。其余能量需由氣腔和橡皮墊吸收。6.2.2　緩沖器腔的設(shè)計緩沖器腔體可看成為一緩沖氣室, 緩沖器氣室內(nèi)的空氣被壓縮從而吸收部分能量, 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 21 頁壓縮過程可以認(rèn)為是絕熱過程。緩沖器腔體能夠吸收的最大能量視氣缸強(qiáng)度而定, 也就是說在強(qiáng)度允許的情況下其吸收的能量為無窮大。吸收能量過大則剛度太大, 這就需在活塞上開一排( 進(jìn)) 氣孔, 調(diào)節(jié)它的大小可吸收不同的能量。其吸收的能量可按下式計算:]1)/[(5.3286.032??PVE式中, 為排氣壓力 ; 壓縮空氣的體積; 為氣缸允許承受的最氣體壓力(設(shè)定的) 。其2P3中:排氣壓力 可調(diào)節(jié)到 , 壓縮空氣的體積 = ( )3=30. 52 , 氣2kg/cm2V?29.07?3cm缸允許承受的最高氣體壓力 為 20kg/ 。3P2所以E=3.5×3×30.52[ -1]=73.88(J)286.0/）（還沒吸收的能量為 118- 31.74- 4.41- 73.88=7.97(J) , 留給橡皮墊是完全可以吸收的。這說明腔體的尺寸大小是合適的, 能滿足緩沖器的性能要求。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 22 頁結(jié) 論雷達(dá)在現(xiàn)代軍事領(lǐng)域具有重要的地位，雷達(dá)的發(fā)展對國家的軍事具有深刻的影響，所以研制更準(zhǔn)確、更實(shí)時的雷達(dá)對于科技人員來說是十分重要的。本文運(yùn)用所學(xué)知識對雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)的控制進(jìn)行了簡單的設(shè)計，運(yùn)用機(jī)械和限制電路來設(shè)計控制雷達(dá)天線高低角工作范圍的電路。新型機(jī)構(gòu)的設(shè)計關(guān)鍵是要協(xié)調(diào)處理好各機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)件的接口關(guān)系，精確計算各機(jī)構(gòu)的行程與結(jié)構(gòu)尺寸。只有將各相關(guān)因素綜合考慮，合理布局，才能滿足雷達(dá)運(yùn)輸及工作狀態(tài)的要求。在本文設(shè)計的開始，我對雷達(dá)高低角俯仰限制電路沒有任何概念，通過跟導(dǎo)師的溝通交流，已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上搜索資料，對高低角俯仰限制電路有了簡單的認(rèn)識，對于這的設(shè)計，中間有大量不懂得問題，發(fā)現(xiàn)了自身能力還是有巨大的不足，在老師和同學(xué)的幫助下，能一點(diǎn)一滴的設(shè)計下來，我也深刻體會到了科研設(shè)計人員的辛苦與不易。經(jīng)過幾個月的忙碌，我已通過所學(xué)知識對電路進(jìn)行了簡單的設(shè)計，由于能力有限，又是初次設(shè)計電路方面的設(shè)計，我的設(shè)計中難免會有不足之處，還望老師給予指導(dǎo)。這次畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年的檢驗(yàn)，也是對即將走向社會工作的考驗(yàn)，我深知雖然就要畢業(yè)了，心里難免沉重了一些，但是我通過這次畢業(yè)設(shè)計對以后的工作充滿了信心，畢竟自己的求知路還很長，我相信我能為祖國貢獻(xiàn)自己的一份力量，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 23 頁致 謝時光如梭，光陰似箭，豐富、充實(shí)的求學(xué)生活即將成為過去，在此，我衷心感謝所以關(guān)心支持我的老師、親人和朋友，并向他們表示崇高的敬意在這半年的設(shè)計學(xué)習(xí)中，我得到了王飛老師的精心指導(dǎo)和幫助，從設(shè)計的選題、開題論證、資料的收集整理，到正式的設(shè)計、撰寫修改，無不滲透著王老師的心血和汗水，在此表示衷心的感謝！同時與同學(xué)和老師間的交流也讓我受益匪淺。通過設(shè)計，我深深的感受到了自己知識的淺薄。學(xué)海無涯，在將來的學(xué)習(xí)中我一定會更加的勤奮、謙虛。在這里我向在大學(xué)期間教導(dǎo)我、幫助我的各位老師表示最誠摯的謝意!祝老師們身體健康、萬事如意！首先感謝大一的機(jī)械制圖賈百合老師，機(jī)械制圖是機(jī)械專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，因?yàn)橘Z老師的認(rèn)真、細(xì)心、嚴(yán)肅的教風(fēng)，高標(biāo)準(zhǔn)的要求，在以后的學(xué)習(xí)中我們才會得心應(yīng)手！感謝電工學(xué)穆國華老師，大三那年晚上上課時有幾次上課停電，話筒不能用，黑板不能用，穆老師沒有等待來電，而是盡可能發(fā)出最大的聲音，讓后面的學(xué)生聽到，不耽誤每一節(jié)課，這些場景我至今仍記憶猶新！感謝閆存富老師，他講的數(shù)控機(jī)床診斷與維修至今歷歷在目，他講的課十分生動，課程氣氛活躍，通俗易懂。他對我們的論文格式要求特別嚴(yán)格，對我們的畢業(yè)設(shè)計的格式起到重要影響。感謝機(jī)械控制工程基礎(chǔ)常靜老師，她講課態(tài)度極其認(rèn)真，力求使我們每個人都聽懂，在課后更是對我們嚴(yán)格要求，作業(yè)中出現(xiàn)錯誤必須認(rèn)真更正！感謝機(jī)器人技術(shù)、過程控制儀表與裝置朱煜鈺老師，朱老師是一個對學(xué)生負(fù)責(zé)任的老師，平時不茍言笑，以嚴(yán)肅著稱，在她的課上幾乎沒有說話的！由于時間倉促，自己水平有限，同時缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計中的不足和錯誤在所難免，懇請各位老師和同學(xué)批評指正，提出寶貴意見。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 24 頁在此，我也感謝我同一組的組員和班里的同學(xué)是你們在我遇到難題是幫我找到大量資料，解決難題。真誠地感謝所有幫助過我的老師同學(xué)。通過這次畢業(yè)設(shè)計不僅提高了我獨(dú)立思考問題解決問題的能力而且培養(yǎng)了認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，一絲不茍的學(xué)習(xí)態(tài)度更培養(yǎng)了我的獨(dú)立思考的能力。由于經(jīng)驗(yàn)匱乏，能力有限，設(shè)計中難免有許多考慮不周全的地方，希望各位老師多加指教。最后，我要向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。謝謝你們，真心的祝你們在今后的生活中更上一層樓！ 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 25 頁參考文獻(xiàn)[1]張潤奎,戚仁欣 ,張樹雄等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝[M].電子工業(yè)出版社,2004. 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