数控双坐标跟踪装置.pdf

本发明涉及一种数控双座标跟踪装置，也就是涉及一种采用数控方法对驱动电机进行实时控制的自动控制机械设备。
    在国民经济的某些行业里，例如通信、气象、海洋、天文观察乃至国防军事中，都需要安装雷达、卫星天线，以及跟踪太阳、卫星、飞机等天空物体的双座标跟踪装置，以便截获目标或获取最大功率的太阳辐射能、反馈信号等。现有的这种双座标跟踪装置，大多是采用普通电机作为驱动电机的，而现有的电动机，无论是交流感应电机或者直流励磁电机，都存在着诸多缺陷：前者工作转速恒定，无法实时改变其输出转速和扭矩，不能进行实时工况调节;后者虽然可以通过改变电流大小来调整其工况，但这种调节是通过外接电阻箱，增加电流的无功热损耗而获得的，很不经济，且其输出转速与负载有关，对转速的控制精度很低，加上直流电机的电刷磨损厉害，需要经常维护和更换。而且，现有的跟踪装置的电机都不能直接进行数字控制，所以，这些装置控制精度低、功耗大、故障多，很不适应经济和国防事业发展的需要。

    本发明的目的是提供一种能够进行实时数字控制，又精度高的数控双座标跟踪装置。

    本发明是在固定立柱内安装有驱动立柱顶部云台旋转的方位角驱动电机及其减速器和在云台上安装地驱动工作台面在铅垂平面内仰俯转动的仰角驱动电机及其减速器构成的，其特征在于：这两个驱动电机均为数控稀土全速同步电机，即该电机的转子外侧装有用稀土永磁材料制成的多个磁极，其定子线圈外接有可变频逆变器及可编程控制器构成的数控装置，两个减速器均为谐波减速器。

    本发明是申请人在其专利技术《一种全数控电力拖动装置》（CN92200002.0）基础上的拓展应用。上述专利技术的原理是：数控全速稀土同步电机的定子线圈中通入交变电流后产生的旋转磁场，对用稀土永磁材料制成多个磁极的转子永磁场发生相互作用，从而使转子旋转产生输出扭矩。由于可以通过可变频逆变器把从电网引来的普通定频交流电或直流电改变成频率、相位、电流都可变化的交流电输出，通过控制改变成频率、相位、电流都可变化的交流电输出，通过控制改变可变频逆变器的输出电流频率和相位关系，就可以控制电机转子的转速和转动方向，通过控制改变可变频逆变器的输出电流大小，就可以控制电机的输出扭矩，再通过可编程控制器对其被控的可变频逆变器输出的电流，频率进行积分，就可以实现对电机行程的控制，即利用可编程控制器和可变频逆变器对稀土全速同步电机的转速、转向、扭矩和行程可以执行全数字的定量控制，精度高，实时性好;还没有电刷，不会产生磨损、电火花和粉尘（因为使用稀土永磁转子），特别适合在有防爆要求的场合使用。这种特性对于某些对环境有严格要求的跟踪装置是相当有用的。本发明又采用了无隙减速传动装置-谐波减速器，使每个驱动电机的被驱动主体：云台或工作台都能与驱动电机精确地同步转动，使传动误差尽可能地减至最少，从而真正实现精密的双座标跟踪，为经济建设和国防事业服务。

    图1为本发明的结构组成示意图。

    参阅图1，1是本发明的主柱，通过其底座2固定安装在地面或其他基础上，立柱1的顶部是可以旋转的云台3，立柱1的内部分别安装有驱动云台3旋转的驱动电机4-稀土全速同步电机和其减速装置5-能够实现无隙减速传动的谐波减速器。电机4是驱动云台3在水平面上作旋转运动的，即实现方位角控制。在云台3上放置有另一台稀土全速同步电机6及其输出轴上安装的谐波减速器7，8是工作台，它随驱动电机6及减速器7的转动而进行铅垂平面内的旋转运动，即该电机是执行仰角控制的。两个电机4、6的定子线圈都分别外接有可变频逆变器9、10，可编程控制器11则对这两个可变频逆变器9、10执行数字控制。本发明工作台8上可以安放太阳能利用装置、雷达、卫星天线接收器、天文望远镜，射电望远镜、乃至各种武器装备等。可以根据所驱动的不同对象来选择功率相适应的电机和相应的谐波减速器。上述装置跟踪的目标可以是天空中的太阳、卫星、飞机或其他空间星球。由各种传感装置或雷达接收器采集跟踪对象的运动参数，由可编程控制器11对这些实时位移数据进行处理、分析。经过一段时间的动态轨迹参数采集和处理后，就能对跟踪对象的运动方向、速度作出比较精测的预测，可编程控制器11就会发出一系列控制两个驱动电机旋转运动的转速、转向、加速度、输出扭矩及行程的控制指令，以便在预定时间内，本发明能够相当精确地跟踪所要测试观察或接收的对象，实现全方位的实时控制。

    本发明对于不同的跟踪对象，无论是恒速有规律运动的物体，如太阳、空间星体等，还是变速无规律运动的物体，如飞机或不明飞行物等，都能由可编程控制器实时发出控制指令，通过可变频逆变器对两个驱动电机实现精确的数字量级跟踪控制。本发明中的可变频逆变器可以是两个，如图1所示，分别控制两个驱动电机，也可以采用一个可变频逆变器，用分时操作的方式分别实现对方位角驱动电机4和仰角驱动电机6的控制。

    本发明中的稀土全速同步电机、可编程控制器和可变频逆变器都是已定型的机电产品，其中逆变器可以使用申请人的CN90202757或CN90203323专利，也可以使用日本富士公司的G7/P7系列或美国ME公司的BMR系列产品。稀土全速同步电机是申请人的CN91217200.2或CN91203427.0专利，已有工厂投产。可编程控制器可以是普通工业过程控制器，也可以是普通工业控制计算机，还可以是与其他控制对象共用的中央控制计算机，通过标准工业控制介面，采用时分多址方式对各个传感器件及控制机构进行测量和控制。