CN204065713U - 适用于气象雷达的数字伺服控制装置 - Google Patents

Abstract

针对现有气象雷达驱动控制设备的不足，本实用新型提供一种适用于气象雷达的数字伺服控制装置，包括伺服分机和转台；所述伺服分机内含FPGA主控芯片电路、H维控制伺服驱动器、V维控制伺服驱动器；所述转台包括有H维伺服电机和V维伺服电机；此外：还设有驱动信号转换电路、H维角度传感器、V维角度传感器和汇流环；经驱动信号转换电路将FPGA主控芯片电路分别与H维控制伺服驱动器、V维控制伺服驱动器相连接；经汇流环分别将V维控制伺服驱动器与V维驱动电机、FPGA主控芯片电路与V维角度传感器相连接；有益技术效果：本实用新型提供了一条信号连接通道，用本产品能够驱动直流大功率伺服驱动电机。

Description

适用于气象雷达的数字伺服控制装置

技术领域

本技术专利属于气象雷达伺服控制技术领域，具体为一种适用于气象雷达的数字伺服控制装置。

背景技术

目前的气象雷达伺服控制装置主要由伺服分机和转台两部分构成。其中，转台与气象雷达相连接，转台在伺服分机的控制下带动气象雷达做相应的俯仰转动或水平方位转动。而伺服分机对转台的控制多为直流控制技术或交流控制技术，上述两种控制技术分别存在硬件兼容上的不足，具体为：基于直流控制技术的伺服控制设备能够与FPGA控制芯片相结合，能够实现数字化控制，但其不具有大功率伺服的能力，即伺服分机所能驱动的转台的负荷有限。而基于交流控制技术的伺服控制装置无法连接数字化控制设备，即伺服分机只能采用模拟信号控制转台的运行，无法配合FPGA芯片使用。此外，与基于交流控制技术的伺服控制装置相连接的模拟驱动单元还存在可移植性比较差、模块不能集成化、可靠性稳定性很难提高、以及通用型很差的问题。

这就导致当气象雷达伺服控制装置只能针对特定型号的气象雷达：当气象雷达升级导致相应的转台需要升级时，易导致伺服分机无法兼容或驱动升级后的转台的问题。最终导致需要将整套气象雷达伺服控制装置都替换掉，升级成本大。

综上所述，市面上缺少如能提供一个连接FPGA控制系统与气象雷达伺服控制设备的硬件平台，将极大地克服现有气象雷达伺服控制装置所存在的上述技术难题。

实用新型内容

针对现有气象雷达驱动控制设备的上述不足，本实用新型提供一种适用于气象雷达的数字伺服控制装置，具体结构如下：

适用于气象雷达的数字伺服控制装置，包括伺服分机和转台。所述伺服分机内设有电源芯片电路11、FPGA主控芯片电路12、显示控制电路13、网络控制芯片电路14、通讯接口转换电路16、H维控制伺服驱动器17、V维控制伺服驱动器18。其中，FPGA主控芯片电路12分别与电源芯片电路11、显示控制电路13、网络控制芯片电路14、通讯接口转换电路16相连接。所述转台包括有H维伺服电机21、V维伺服电机22、H维减速机23和V维减速机24。H维伺服电机21与H维减速机23相连接，且通过H维减速机23带动气象雷达实现水平的位置旋转。V维伺服电机22与V维减速机24相连接，且通过V维减速机24带动气象雷达实现竖直的俯仰旋转。此外：还设有驱动信号转换电路31、H维角度传感器32、V维角度传感器33和汇流环34。其中，驱动信号转换电路31的一侧与FPGA主控芯片电路12相连接。驱动信号转换电路31的另一侧分别直接与H维控制伺服驱动器17的一侧、V维控制伺服驱动器18的一侧相连接。H维控制伺服驱动器17的另一侧与H维伺服电机21的信号输入端相连接。V维控制伺服驱动器18的另一侧经汇流环34与V维伺服电机22的信号输入端相连接。FPGA主控芯片电路12与H维角度传感器32直接连接。FPGA主控芯片电路12经汇流环34与V维角度传感器33相连接。

所述汇流环34安装在气象雷达方位转台中，上部与方位转台的主轴连接，下部与方位转台的固定支架相连接。

有益技术效果

本实用新型解决了传统的基于直流控制技术的气象雷达伺服控制系统不具有大功率伺服驱动能力，对大功率负载天线驱动带来难题。传统的基于交流控制技术的气象雷达伺服控制系统很难实现直接数字控制设备的难题。

本实用新型提供了一条FPGA与雷达转台上电机之间的信号连接通道，克服由于雷达天线的旋转而导致的信号无法传递的难题：通过H维角度传感器32和V维角度传感器33将与转台连接的气象雷达的运行状态传递至伺服分机中的FPGA控制系统，通过驱动信号转换电路31将FPGA产生的电机驱动指令分别经过H维控制伺服驱动器17、V维控制伺服驱动器18和汇流环34传递至H维伺服电机21、V维伺服电机22，在通过与H维伺服电机21、V维伺服电机22相连接的H维减速机23和V维减速机24带动与转台连接的气象雷达做相应的转动。

本实用新型的角度传感器采用高精度的光电角编码器作为角度反馈器件。

本实用新型具有结构简单、低成本，通用性好等优点。

本实用新型是通过驱动信号转换电路31直接传递数字信号至伺服驱动器，伺服驱动器来进行电机驱动，无需额外的软件二次开发。

在本实用新型中，仅需确保H维H向，水平方向控制伺服驱动器17的功率与H维伺服电机21的功率匹配，V维V向，俯仰方向控制伺服驱动器18的功率和V维伺服电机22的功率匹配，即可实现本实用新型设备选型的通用性，即本产品具有广泛的兼容性。

附图说明

图 1 为本实用新型的结构框图。

图中的序号为：电源芯片电路11、FPGA主控芯片电路12、显示控制电路13、网络控制芯片电路14、通讯接口转换电路16、H维控制伺服驱动器17、V维控制伺服驱动器18、H维伺服电机21、V维伺服电机22、H维减速机23、V维减速机24、驱动信号转换电路31、H维角度传感器32、V维角度传感器33、汇流环34。

具体实施方式

现结合附图详细说明本实用新型的结构特点。   

参见图1，适用于气象雷达的数字伺服控制装置，包括伺服分机和转台。所述伺服分机内设有电源芯片电路11、FPGA主控芯片电路12、显示控制电路13、网络控制芯片电路14、通讯接口转换电路16、H维控制伺服驱动器17、V维控制伺服驱动器18。其中，FPGA主控芯片电路12分别与电源芯片电路11、显示控制电路13、网络控制芯片电路14、通讯接口转换电路16相连接。所述转台包括有H维伺服电机21、V维伺服电机22、H维减速机23和V维减速机24。H维伺服电机21与H维减速机23相连接，且通过H维减速机23带动气象雷达实现水平的位置旋转。V维伺服电机22与V维减速机24相连接，且通过V维减速机24带动气象雷达实现竖直的俯仰旋转。此外：还设有驱动信号转换电路31、H维角度传感器32、V维角度传感器33和汇流环34。其中，驱动信号转换电路31的一侧与FPGA主控芯片电路12相连接。驱动信号转换电路31的另一侧分别直接与H维控制伺服驱动器17的一侧、V维控制伺服驱动器18的一侧相连接。H维控制伺服驱动器17的另一侧与H维伺服电机21的信号输入端相连接。V维控制伺服驱动器18的另一侧经汇流环34与V维伺服电机22的信号输入端相连接。FPGA主控芯片电路12与H维角度传感器32直接连接。FPGA主控芯片电路12经汇流环34与V维角度传感器33相连接。

进一步说，汇流环34的型号为HLZ-LD16X-422，H维角度传感器32的型号为SSS58G-N11KKA02P系列，V维角度传感器33的型号为SAS58G-NF2KKA02P系列。

更进一步说，H维控制伺服驱动器17与H维伺服电机21分别为交流驱动器和交流电机。优选的方案是： H维控制伺服驱动器17的型号为MDHT3530E， H维伺服电机21的型号为MHME102G1G。

更进一步说，V维控制伺服驱动器18与V维伺服电机22分别为交流驱动器和交流电机。优选的方案是：V维控制伺服驱动器18的型号为MDHT3530E， V维伺服电机22的型号为MHME102G1G。

进一步说，驱动信号转换电路31内含一枚SN65LBC174A16作为驱动信号转换芯片，由驱动信号转换电路31中的SN65LBC174A16芯片直接将FPGA的输出信号转换为伺服驱动器所能识别的数字脉冲信号。

进一步说，H维角度传感器32安装在气象雷达方位机构的方位同步装置中，V维角度传感器33安装在俯仰机构的俯仰信号传送装置中。

进一步说，所述交流的V维控制伺服驱动器18兼容直流伺服驱动器，所述交流的V维伺服电机22兼容直流电机。所述交流的H维控制伺服驱动器17兼容直流伺服驱动器，所述交流的H维伺服电机21兼容直流电机。

进一步说，网络控制芯片电路14由W5300作为网络控制芯片与主控FPGA芯片进行通信，同时W5300与外界的监控终端进行通信控制。H维角度传感器32和V维角度传感器33为光电编码器,所述光电编码器同时兼容机械式数字输出编码器。  

Claims (8)

1.适用于气象雷达的数字伺服控制装置，包括伺服分机和转台；所述伺服分机内设有电源芯片电路（11）、FPGA主控芯片电路（12）、显示控制电路（13）、网络控制芯片电路（14）、通讯接口转换电路（16）、H维控制伺服驱动器（17）、V维控制伺服驱动器（18）；其中，FPGA主控芯片电路（12）分别与电源芯片电路（11）、显示控制电路（13）、网络控制芯片电路（14）、通讯接口转换电路（16）相连接；所述转台包括有H维伺服电机（21）、V维伺服电机（22）、H维减速机（23）和V维减速机（24）；H维伺服电机（21）与H维减速机（23）相连接，且通过H维减速机（23）带动气象雷达实现水平的位置旋转；V维伺服电机（22）与V维减速机（24）相连接，且通过V维减速机（24）带动气象雷达实现竖直的俯仰旋转；

其特征在于：还设有驱动信号转换电路（31）、H维角度传感器（32）、V维角度传感器（33）和汇流环（34）；其中，驱动信号转换电路（31）的一侧与FPGA主控芯片电路（12）相连接；驱动信号转换电路（31）的另一侧分别直接与H维控制伺服驱动器（17）的一侧、V维控制伺服驱动器（18）的一侧相连接；H维控制伺服驱动器（17）的另一侧与H维伺服电机（21）的信号输入端相连接；V维控制伺服驱动器（18）的另一侧经汇流环（34）与V维伺服电机（22）的信号输入端相连接；FPGA主控芯片电路（12）与H维角度传感器（32）直接连接；FPGA主控芯片电路（12）经汇流环（34）与V维角度传感器（33）相连接。

2.如权利要求1所述的适用于气象雷达的数字伺服控制装置，其特征在于：汇流环（34）的型号为HLZ-LD16X-422，H维角度传感器（32）的型号为SSS58G-N11KKA02P，V维角度传感器（33）的型号为SAS58G-NF2KKA02P。

3.如权利要求1所述的适用于气象雷达的数字伺服控制装置，其特征在于：H维控制伺服驱动器（17）与H维伺服电机（21）分别为交流驱动器和交流电机。

4.如权利要求3所述的适用于气象雷达的数字伺服控制装置，其特征在于：H维控制伺服驱动器（17）的型号为MDHT3530E，H维伺服电机（21）的型号为MHME102G1G。

5.如权利要求1所述的适用于气象雷达的数字伺服控制装置，其特征在于：V维控制伺服驱动器（18）与V维伺服电机（22）分别为交流驱动器和交流电机。

6.如权利要求5所述的适用于气象雷达的数字伺服控制装置，其特征在于：V维控制伺服驱动器（18）的型号为MDHT3530E，V维伺服电机（22）的型号为MHME102G1G。

7.如权利要求1所述的适用于气象雷达的数字伺服控制装置，其特征在于：由驱动信号转换电路（31）将FPGA主控芯片电路（12）的输出信号转换为数字脉冲信号。

8.如权利要求1所述的适用于气象雷达的数字伺服控制装置，其特征在于： H维角度传感器（32）和V维角度传感器（33）为光电编码器。