CN109994834A - 特种设备天线快速精确定位系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特种设备天线快速精确定位系统，包括顺次连接的中央控制单元、交流伺服驱动器、交流伺服电机、减速机构、天线、机械零位接近开关。还公开了特种设备天线快速精确定位方法，首先设定天线的定位角度；其次由所述中央控制单元控制伺服驱动器驱动交流伺服电机经减速机构带动天线低速旋转一周，采集机械零位接近开关的感应信号，计数器清零，开始重新计数；然后采集交流伺服驱动器输出的A相脉冲，每接收一个脉冲则内部计数器计数一次，通过计数器的值得到天线的当前方位角度；最后将当前方位角度与设定方位角度进行比较，用比较结果控制天线转速，使天线无限逼近设定方位角度时停止转动，从而达到精确定位的目的。

Description

特种设备天线快速精确定位系统及其方法

技术领域

本发明涉及特种设备领域，特别是涉及一种特种设备天线快速精确定位系统及其方法。

背景技术

随着现代电子信息技术的迅猛发展，天线广泛应用于雷达、广播、气象、航海、航天等领域，这必然对天线的快速精确响应的要求越来越高。天线定位的快慢影响整个系统的动态响应能力，天线定位精度的高低直接影响到整个系统的测量和跟踪精度。目前特种设备的天线定位存在的问题如下：

(1)特种设备的天线在工作时，天线在0～360°内连续扫描，而且天线扫描时的方位信息(角度)需实时反馈给系统，通常获得天线方位信息的方法是在天线旋转机构的轴心位置且与天线转盘同轴安装一方位编码器，但方位编码器稳定性不好，在复杂的电磁环境下容易受干扰，尤其是在运输过程中因颠簸或震动会导致编码器损坏，从而造成定位不准或失败；

(2)天线在寻找基准零位时，为保证天线能够准确地停止在零位，需要安装两个或多个接近开关作为位置判断依据，这样增加了天线转台结构的复杂度，同时也增加了系统的故障率；

(3)传统的天线方位采用变频器驱动交流异步电机，因为变频器与交流异步电机之间没有速度或位置反馈，为开环控制系统，其定位精度不高、响应速度慢、实时性差，特别是在低频运行时会有静止不动或有爬行现象，而且低速时输出扭矩不足，导致天线在大风天气下定位困难或定位失败。

因此亟需提供一种新型的特种设备天线定位系统及方法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种特种设备天线快速精确定位系统及其方法，能够使特种设备的天线在不受干扰的情况下快速精准定位，提高特种设备的快速响应能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种特种设备天线快速精确定位系统，主要包括依次连接的中央控制单元、交流伺服驱动器、交流伺服电机、减速机构、天线；所述天线的转台下安装有机械零位接近开关，机械零位接近开关的输出端连接中央控制单元。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种特种设备天线快速精确定位方法，包括以下步骤：

首先，在所述中央控制单元内设定天线的定位角度；

其次，由所述中央控制单元控制伺服驱动器驱动交流伺服电机经减速机构带动天线低速旋转一周，采集机械零位接近开关的感应信号，中央控制单元内部计数器清零，开始重新计数，此时天线的位置为基准零位；

然后，所述中央控制单元采集交流伺服驱动器输出的A相脉冲，每接收一个脉冲则内部计数器计数一次，通过计数器的值得到天线的当前方位角度；

最后，将当前方位角度与设定方位角度进行比较，用比较结果控制天线转速，使天线无限逼近设定方位角度时停止转动。

在本发明一个较佳实施例中，采集到所述机械零位接近开关的感应信号为天线的基准零位信号、计数器的清零信号。

在本发明一个较佳实施例中，所述基准零位为0°或360°。

在本发明一个较佳实施例中，所述天线的当前方位角度的计算公式为：

D＝P*C＝[360°/(M*N)]*C

其中，D为天线的当前定位角度，P为定位精度，M为交流伺服电机转一圈时中央控制单元采集的A相脉冲数，N为减速比，C为计数器当前值。

本发明的有益效果是：本发明采用交流伺服驱动系统实现特种设备天线的快速精准定位，不仅体现了交流伺服驱动系统的高动态响应、高精度定位性能，而且解决了现有技术中特种设备的天线定位问题：

(1)本发明充分利用交流伺服系统自身的反馈信号就能准确计算出天线方位角度，实现精确定位，避免了在复杂自然环境下，因各种干扰因素造成的天线定位响应不及时、定位不准、定位失败，同时也提高了特种设备的快速响应能力；

(2)本发明充分利用机械零位接近开关输出的信号作为方位角度的复位信号，从而保证周而复始地计算方位角度信息并不产生误差累积；

(3)本发明利用交流伺服电机在零速或极低速时，仍能保证额定扭矩输出，使得天线在快速精确定位过程中不受其它外界因素的干扰导致定位失败。

附图说明

图1是本发明特种设备天线快速精确定位系统一较佳实施例的结构框图；

图2是所述交流伺服电机扭矩特性图；

图3是所述特种设备天线快速精确定位方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种特种设备天线快速精确定位系统，主要包括依次连接的中央控制单元、交流伺服驱动器、交流伺服电机、减速机构、天线，所述天线的转台下安装有机械零位接近开关，机械零位接近开关的输出端连接中央控制单元。其中，所述中央控制单元、交流伺服驱动器、交流伺服电机之间的信号相互传输。

由交流伺服电机的工作原理可知交流伺服电机内部的转子是永磁体，交流伺服驱动器输出的U/V/W三相电源在交流伺服电机绕组内形成旋转磁场，转子在此旋转磁场的作用下同步转动，同时交流伺服电机自带的编码器反馈脉冲信号给交流伺服驱动器，交流伺服驱动器根据反馈的脉冲信号，计算电机的实际转速或电机轴转过的角度，更为重要的是交流伺服电机在零速或极低速时，仍能保证额定扭矩输出，使得天线在快速精确定位过程中不受其它外界因素的干扰导致定位失败。结合图2，交流伺服电机在零速至3000转/分时，仍能保证额定扭矩输出，相对于普通交流异步电机是无法达到的。

利用所述特种设备天线快速精确定位系统能够使特种设备的天线在不受干扰的情况下快速精准定位，结合图3，所述特种设备天线快速精确定位方法，包括以下步骤：

首先，在所述中央控制单元内设定天线的定位角度，例如设定天线在180°位置时停止转动；

其次，由所述中央控制单元控制伺服驱动器驱动交流伺服电机经减速机构带动天线低速旋转一周，采集机械零位接近开关的感应信号，采集到该感应信号后，中央控制单元内部计数器清零，开始重新计数，此时天线的位置为基准零位，进一步的，所述基准零位为0°或360°；

天线转台下面装有机械零位接近开关，天线每转一圈，此机械零位接近开关感应一次，该感应信号被中央控制单元采集后作为计数器的清零信号，同时也是天线的基准零位信号。

当中央控制单元检测到天线机械零位信号时，方位角度清零，重新计算角度，从而保证天线转动的角度始终在在0°～360°之间。本发明充分利用机械零位接近开关输出的信号作为方位角度的复位信号，从而保证周而复始地计算方位角度信息并不产生误差累积；

然后，所述中央控制单元采集交流伺服驱动器输出的A相脉冲，每接收一个脉冲则内部计数器计数一次，进行累加操作，通过计数器的值得到天线的当前方位角度，具体计算公式如下：

D＝P*C＝[360°/(M*N)]*C

其中，D为天线的当前定位角度，P为定位精度，M为交流伺服电机转一圈时中央控制单元采集的A相脉冲数，N为减速比，C为计数器当前值。

天线转台周长一定，天线每转动一圈相对机械零位它跑的路程是一定的，所以中央控制单元内部计数器采集到伺服驱动器输出的A相脉冲是一定的。减速比决定交流伺服电机与天线转台转圈之间的比例关系，例如交流伺服电机转50圈对应天线转台转一圈，交流伺服电机转一圈输出1024个A相脉冲，则天线转台转一圈(360°)时对应输出的A相脉冲数为1024*50个。

最后，将当前方位角度与设定方位角度进行比较，用比较结果控制天线转速，使天线无限逼近设定方位角度时停止转动，中央控制单元发送天线停止信号，天线定位完成，否则继续转动，直至当前方位角度转动到设定方位角度。

本发明利用软件控制伺服驱动器驱动交流伺服电机带动天线旋转，同时控制软件实时采集伺服驱动器输出的A相脉冲信号与基准零位信号，以精确计算出方位角度信息，从而达到精确定位的目的。

本发明采用交流伺服驱动系统实现特种设备天线的快速精准定位，充分利用交流伺服系统自身的反馈信号就能准确计算出天线方位角度，实现精确定位，避免了在复杂自然环境下，因各种干扰因素造成的天线定位响应不及时、定位不准、定位失败，不仅体现了交流伺服驱动系统的高动态响应、高精度定位性能，同时也提高了特种设备的快速响应能力。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种特种设备天线快速精确定位系统，其特征在于，主要包括依次连接的中央控制单元、交流伺服驱动器、交流伺服电机、减速机构、天线；

所述天线的转台下安装有机械零位接近开关，机械零位接近开关的输出端连接中央控制单元。

2.基于权利要求1所述特种设备天线快速精确定位系统的特种设备天线快速精确定位方法，包括以下步骤：

首先，在所述中央控制单元内设定天线的定位角度；

其次，由所述中央控制单元控制伺服驱动器驱动交流伺服电机经减速机构带动天线低速旋转一周，采集机械零位接近开关的感应信号，中央控制单元内部计数器清零，开始重新计数，此时天线的位置为基准零位；

然后，所述中央控制单元采集交流伺服驱动器输出的A相脉冲，每接收一个脉冲则内部计数器计数一次，通过计数器的值得到天线的当前方位角度；

最后，将当前方位角度与设定方位角度进行比较，用比较结果控制天线转速，使天线无限逼近设定方位角度时停止转动。

3.根据权利要求2所述的特种设备天线快速精准定位方法，其特征在于，采集到所述机械零位接近开关的感应信号为天线的基准零位信号、计数器的清零信号。

4.根据权利要求2所述的特种设备天线快速精准定位方法，其特征在于，所述基准零位为0°或360°。

5.根据权利要求2所述的特种设备天线快速精准定位方法，其特征在于，所述天线的当前方位角度的计算公式为：

D＝P*C＝[360°/(M*N)]*C

其中，D为天线的当前定位角度，P为定位精度，M为交流伺服电机转一圈时中央控制单元采集的A相脉冲数，N为减速比，C为计数器当前值。