CN107769668A - 一种高速转台的伺服驱动的控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于场面监视雷达控制领域，特别涉及一种高速转台的伺服驱动的控制系统及其控制方法。本发明包括PLC控制器、变频器以及转台电机，PLC控制器用于发送控制命令至变频器的输入端；变频器的输入端用于接收三相交流电压，变频器的输出端用于输出频率变换后的三相交流电压至转台电机；转台电机用于带动与天线转台系统相连的齿轮转动。本发明解决了小齿轮与大齿轮速度不匹配的问题，本方法控制天线转台系统从60转/秒的运行状态到静止状态所用时间在1分钟时间内，在减速过程实现速度平稳下降，避免小齿轮与大齿轮的剧烈碰撞。本方法避免了在速度上升或下降过程中天线转台系统的共振产生，不会损坏天线转台系统的机械结构。
Description
技术领域
本发明属于场面监视雷达控制领域，特别涉及一种高速转台的伺服驱动的控制系统及其控制方法。
背景技术
机场场面监视雷达要求工作时天线转速为60转/秒，也就是天线1秒钟转1圈，场监雷达的转台天线结构特点是减速机的小齿轮始终直接啮合在转台的大齿轮上，中间没有离合器，也就是大小齿轮不存在脱离情况。在工作时，小齿轮作为主动齿轮，带动大齿轮(从动齿轮)旋转。大齿轮是连接在转台上的，转台上有天线，整个天线和转台质量达到1吨，惯性较大。这个特点要求在启动电机时，电机转速不能够旋转过快。否则高速旋转的小齿轮(小齿轮)速度很快，此时的大齿轮还处于静止状态，两者速度不同步，会造成它们的碰撞。
现有技术中通常是直接给转台电机加三相交流电，如图1所示，直接运行电机，这样会导致电机转速过快，小齿轮加速度过大，大齿轮与小齿轮速度不同步，会产生激烈的碰撞，产生很大的摩擦力，会对齿轮的结构产生损坏影响，而且长时间共振会损坏天线转台系统的机械结构。因此亟需提出一种能够有效避免大小齿轮剧烈碰撞情况的出现的高速转台的伺服驱动的控制系统及其控制方法。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种高速转台的伺服驱动的控制系统，本发明有效地避免了大小齿轮剧烈碰撞情况的出现，不会损坏天线转台系统的机械结构。
一种高速转台的伺服驱动的控制系统包括PLC控制器、变频器以及转台电机，其中，
PLC控制器，用于发送控制命令至变频器的输入端；
变频器，其输入端用于接收三相交流电压，其输出端用于输出频率变换后的三相交流电压至转台电机；
转台电机，用于带动与天线转台系统相连的齿轮转动。
优选的，所述齿轮包括大齿轮和小齿轮，所述转台电机用于带动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮之间相啮合，所述大齿轮与天线转台系统相连。
优选的，所述控制命令包括设置变频器的频率。
本发明还提供了一种高速转台的伺服驱动的控制系统的控制方法，本控制方法控制天线转台系统加速、减速过程运行平稳，能够避免天线转台的共振发生，包括以下步骤：
确定天线转台系统中转台的共振频率；
控制天线转台系统的加速过程：
所述PLC控制器发送控制命令至变频器；
变频器的输入端接收三相交流电压，变频器的输出端输出频率变换后的三相交流电压至转台电机；
PLC控制器为转台电机设置加速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由静止状态加速到额定转速；
控制天线转台系统的减速过程：
所述PLC控制器发送控制命令至变频器；
PLC控制器为转台电机设置减速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由额定转速减速到静止状态。
优选的，所述PLC控制器为转台电机设置加速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由静止状态0转/秒加速到额定转速60转/秒；所述PLC控制器为转台电机设置减速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由额定转速60转/秒减速到静止状态0转/秒。
优选的，所述PLC控制器为转台电机设置加速工作频率的具体操作步骤包括：
所述PLC控制器控制转台电机的工作频率从0Hz按照步进长度1Hz递增到6Hz，此过程持续运行时间为10s；
控制转台电机在工作频率达到6Hz时，持续运行时间为5s；
PLC控制器调整转台电机的工作频率至8Hz，持续运行时间为5s；
控制转台电机的工作频率从8Hz按照步进长度1Hz增加到50Hz，此过程持续运行时间为40s。
进一步的，所述PLC控制器为转台电机设置减速工作频率的具体操作步骤包括：
所述PLC控制器控制转台电机的工作频率从50Hz按照步进长度1Hz递减到8Hz，此过程持续运行时间为40s；
控制转台电机在工作频率达到8Hz时，持续运行时间为5s；
PLC控制器调整转台电机的工作频率至6Hz，持续运行时间为5s；
控制转台电机的工作频率从6Hz按照步进长度1Hz增加到0Hz，此过程持续运行时间为10s。
进一步的，通过E-meterII共振频率测定仪来确定天线转台系统中转台的共振频率。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明包括PLC控制器、变频器以及转台电机，不仅元器件结构简单，使用方便，而且在加速过程，能够有效避免小齿轮与大齿轮间的剧烈碰撞，解决了小齿轮与大齿轮速度不匹配的问题，本方法控制天线转台系统从60转/秒的运行状态到静止状态所用时间在1分钟时间内，在减速过程实现速度平稳下降，避免小齿轮与大齿轮的剧烈碰撞。本方法避免了在速度上升或下降过程中天线转台系统的共振产生，不会损坏天线转台系统的机械结构。
2)、本控制方法在为转台电机设置加速和减速工作频率的过程中，均跳过了共振点频率，保证了系统结构平稳和安全，这种控制方法能够满足高速转台的结构要求。
附图说明
图1为现有技术中的转台电机的供电结构图；
图2为本发明的控制系统的结构原理图。
1—PLC控制器 2—变频器 3—转台电机
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，一种高速转台的伺服驱动的控制系统包括PLC控制器1、变频器2以及转台电机3，所述PLC控制器1用于发送控制命令至变频器2的输入端；变频器2的输入端用于接收三相交流电压，变频器2的输出端用于输出频率变换后的三相交流电压至转台电机3；转台电机3用于带动与天线转台系统相连的齿轮转动。
所述齿轮包括大齿轮和小齿轮，所述转台电机3用于带动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮之间相啮合，所述大齿轮与天线转台系统相连。
转台电机3引入三相380V，50HZ的市电作为电源，市电即工频交流电，工频交流电常用三个量来表征：电压、电流、频率，380V，50HZ的市电作为电源，转台电机3的旋转速度是固定的，如果要对转台电机3进行变速，则要变频。通过变频技术改变电源频率，从而改变转台电机3的转速，通过变频器2进行交流到直流的变换，再进行直流到交流的变换，从而控制转台电机3的转速。
不同的物体，有不同的共振频率。为了测量本发明中转台的共振频率，采用E-meterII共振频率测定仪来测量共振频率，一个物体的共振频率是它的固有频率。如何测量本发明转台的固有频率，一般是给转台加一周期性变化的策动力，即给转台加一个外力让它振动，用仪器测量转台振动时的振幅。本发明中，转台电机3带动天线旋转，可以看作是转台外加的策动力。改变天线转速，就可以看作给转台外加策动力的改变，这时，转台会振动。改变策动力的频率，使振动物体的振幅最大，即达到共振，读出此时E-meterII共振频率测定仪的频率，即是转台的固有频率。经过反复多次测量，确认7Hz是共振频率。
在不变频情况下，电机工作在50Hz，天线旋转，进行旋转计时计算。一分钟内，计数天线旋转的圈数，本发明中，1分钟天线旋转60圈，即是本发明中，天线转台系统的旋转速度是60转/秒。
如图2所示，变频器2输出频率变换后的三相交流电压U'相、V'相、W'相给转台电机3，给变频器2设置频率，工作频率从0Hz开始，逐渐递增频率，直到转速达到60转/秒。经过反复多次震动测量，检查到天线转台系统的共振点的频率是7Hz，为了确认7Hz是共振频率，将变频器2的运行频率设置为7Hz，运行转台电机3，天线转台系统旋转。此时出现共振，整个天线转台系统剧烈摇动。然后将频率加1Hz即为8Hz，天线转台系统立即平稳。同样，将频率减1Hz即为6Hz，天线转台系统也平稳。因此可以确认7Hz就是共振频率。经过实验计算，天线转台系统60转/秒时，变频器2的工作频率是50Hz，因此在设置变频器2的频率从0Hz到50Hz逐渐递增的过程，中间要跳过7Hz共振频率点。天线转台系统在60转/秒匀速旋转后，需要停机时，并不是简单的立即断电让天线停转，停止过程需要考虑高速到低速的天线转台机械结构运行情况。如果立即断电时，电机的主动齿轮在不到1秒就停转，从动大齿轮由于天线转台在60转/秒保持很大的惯性，大齿轮与小齿轮速度不同步，会产生激烈的碰撞，产生很大的摩擦力，会对齿轮的结构产生损坏影响。这样操作次数频繁，会损毁大小齿轮，缩短齿轮的使用时间。因此在控制停机时，避免小齿轮立即停转，而是从60转/秒到0转/秒是一个减速过程，在这个过程中，变频器2一直有输出，直到0转/秒，变频器才停止输出。这样的停止过程可以有效避免碰撞影响。而且频率递减过程中，避免了变频器出现7Hz的工作频率在电机启动加速过程和停止减速过程，都需要跳过7Hz共振点。
根据上述实验过程，本发明还提供了一种高速转台的伺服驱动的控制系统的控制方法，包括以下步骤：
控制天线转台系统的加速过程：
所述PLC控制器1发送控制命令至变频器2；
变频器2的输入端接收三相交流电压，变频器2的输出端输出频率变换后的三相交流电压至转台电机3；
PLC控制器1为转台电机3设置加速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由静止状态的0转/秒加速到60转/秒；
控制天线转台系统的减速过程：
所述PLC控制器1发送控制命令至变频器2；
PLC控制器1为转台电机3设置减速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由60转/秒减速到静止状态的0转/秒。
控制天线转台系统的加速过程：
所述PLC控制器1发送控制命令至变频器2；
变频器2的输入端接收三相交流电压，变频器2的输出端输出频率变换后的三相交流电压至转台电机3；
PLC控制器1为转台电机3设置加速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由静止状态的0转/秒加速到60转/秒；
控制天线转台系统的减速过程：
所述PLC控制器1发送控制命令至变频器2；
PLC控制器1为转台电机3设置减速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由60转/秒减速到静止状态的0转/秒。
具体的，所述PLC控制器1为转台电机3设置加速工作频率的具体操作步骤包括：
所述PLC控制器1控制转台电机3的工作频率从0Hz按照步进长度1Hz递增到6Hz，此过程持续运行时间为10s；
控制转台电机3在工作频率达到6Hz时，持续运行时间为5s；
PLC控制器1调整转台电机3的工作频率至8Hz，持续运行时间为5s；
控制转台电机3的工作频率从8Hz按照步进长度1Hz增加到50Hz，此过程持续运行时间为40s。
具体的，所述PLC控制器1为转台电机3设置减速工作频率的具体操作步骤包括：
所述PLC控制器1控制转台电机3的工作频率从50Hz按照步进长度1Hz递减到8Hz，此过程持续运行时间为40s；
控制转台电机3在工作频率达到8Hz时，持续运行时间为5s；
PLC控制器1调整转台电机3的工作频率至6Hz，持续运行时间为5s；
控制转台电机3的工作频率从6Hz按照步进长度1Hz增加到0Hz，此过程持续运行时间为10s。
场面监视雷达使用本发明中的天线转台系统，在进行雷达试运行测试时雷达工作正常，天线振动测试也正常。本控制方法驱动的天线转台运行稳定。
综上所述，用以上两种控制过程控制电机的开启和停止，整个过程安静平稳，没有发生剧烈碰撞，保证了系统结构平稳和安全，这种控制方法能够满足高速转台的结构要求。
Claims (8)
1.一种高速转台的伺服驱动的控制系统，其特征在于：包括PLC控制器(1)、变频器(2)以及转台电机(3)，其中，
PLC控制器(1)，用于发送控制命令至变频器(2)的输入端；
变频器(2)，其输入端用于接收三相交流电压，其输出端用于输出频率变换后的三相交流电压至转台电机(3)；
转台电机(3)，用于带动与天线转台系统相连的齿轮转动。
2.如权利要求1所述的一种高速转台的伺服驱动的控制系统，其特征在于：所述齿轮包括大齿轮和小齿轮，所述转台电机(3)用于带动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮之间相啮合，所述大齿轮与天线转台系统相连。
3.如权利要求2所述的一种高速转台的伺服驱动的控制系统，其特征在于：所述控制命令包括设置变频器(2)的频率。
4.一种如权利要求1～3任意一项所述的高速转台的伺服驱动的控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定天线转台系统中转台的共振频率；
控制天线转台系统的加速过程：
所述PLC控制器(1)发送控制命令至变频器(2)；
变频器(2)的输入端接收三相交流电压，变频器(2)的输出端输出频率变换后的三相交流电压至转台电机(3)；
PLC控制器(1)为转台电机(3)设置加速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由静止状态加速到额定转速；
控制天线转台系统的减速过程：
所述PLC控制器(1)发送控制命令至变频器(2)；
PLC控制器(1)为转台电机(3)设置减速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由额定转速减速到静止状态。
5.如权利要求4所述的高速转台的伺服驱动的控制系统的控制方法，其特征在于：所述PLC控制器(1)为转台电机(3)设置加速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由静止状态0转/秒加速到额定转速60转/秒；所述PLC控制器(1)为转台电机(3)设置减速工作频率，控制天线转台系统在1分钟时间内速度由额定转速60转/秒减速到静止状态0转/秒。
6.如权利要求5所述的高速转台的伺服驱动的控制系统的控制方法，其特征在于，所述PLC控制器(1)为转台电机(3)设置加速工作频率的具体操作步骤包括：
所述PLC控制器(1)控制转台电机(3)的工作频率从0Hz按照步进长度1Hz递增到6Hz，此过程持续运行时间为10s；
控制转台电机(3)在工作频率达到6Hz时，持续运行时间为5s；
PLC控制器(1)调整转台电机(3)的工作频率至8Hz，持续运行时间为5s；
控制转台电机(3)的工作频率从8Hz按照步进长度1Hz增加到50Hz，此过程持续运行时间为40s。
7.如权利要求6所述的高速转台的伺服驱动的控制系统的控制方法，其特征在于，所述PLC控制器(1)为转台电机(3)设置减速工作频率的具体操作步骤包括：
所述PLC控制器(1)控制转台电机(3)的工作频率从50Hz按照步进长度1Hz递减到8Hz，此过程持续运行时间为40s；
控制转台电机(3)在工作频率达到8Hz时，持续运行时间为5s；
PLC控制器(1)调整转台电机(3)的工作频率至6Hz，持续运行时间为5s；
控制转台电机(3)的工作频率从6Hz按照步进长度1Hz增加到0Hz，此过程持续运行时间为10s。
8.如权利要求7所述的高速转台的伺服驱动的控制系统的控制方法，其特征在于：通过E-meterII共振频率测定仪来确定天线转台系统中转台的共振频率。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180306 |