一种精密测量雷达伺服系统消隙的重力失配装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及精密测量雷达伺服系统消隙的重力失配装置，结构上主要包括单驱动电机、普通减速箱、俯仰输出大齿轮、相对于俯仰中心转轴的仰角机械结构天线端、仰角机械结构尾部配重端。消隙参数调整中，综合摩擦力矩、惯性力矩以及阵风力矩等各种因素，将重力失配引起的偏置电流设置为大于摩擦力矩引起的电流且将该电流控制在仰角驱动电机额定电流的12％(±2%)，如此不仅可以实现天线驱动机构的消隙要求，保证雷达伺服系统的跟踪精度，同时也保证了天线机械结构的安全可靠，主要应用于中、小口径精密跟踪雷达仰角伺服支路。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及航天測量与控制领域，具体涉及ー种实现精密跟踪雷达仰角伺服支路动力传动减速箱齿隙的消除方法。
技术介绍
精密跟踪雷达伺服系统位置跟踪控制回路广泛采用位置环、速度环和电流环三环结构。伺服系统设计时，根据雷达的正常工作风速所产生的风负载、最大角加速度时转动惯量负载以及摩擦负载来确定动力传动链中电机驱动功率以及齿轮减速箱齿轮副的设计负荷，根据选定执行电机的额定转速和雷达要求的最高转速决定传动链的减速比。由于动カ传动链中始終存在由齿轮的侧向间隙、轴承间隙以及连接部分的轴销间隙引起的空回量，且动カ传动链位于位置跟踪控制环路内，为保证伺服系统稳定和跟踪控制精度，克服由齿隙和齿轮运动误差带来大的伺服噪声，増大速度回路増益和带宽，伺服系统要求动カ传动链采用各种消隙方法消除齿轮减速箱的间隙。目前，精密雷达机电伺服系统中动力传动链齿轮减速箱消除齿隙的方法主要有弹簧机械消隙、双电机电消隙。弹簧机械消隙在早期的雷达伺服系统中采用较多，伺服系统动カ传动链采用一台对称布局的齿轮减速箱，如图I所示，该齿轮減速箱第一级两对啮合齿轮も、Z丨为螺旋齿轮，分别与左右対称的两对螺旋齿轮z2、$啮合，以后各级齿轮为圆柱直齿轮。减速箱安装后，通过消隙弹簧在高速轴上提前加ー轴向力，使ニ螺旋齿轮<轴向前移，利用螺旋齿轮啮合角度产生的分力使从动齿轮z2、4向左右反对称各旋转ー个角度,从而实现两输出齿轮z7、$的齿面抱紧输出负载大齿轮，当电机正反转时两输出齿轮分别负责两个运转反向的无隙啮合传动，从而实现消隙。弹簧机械消隙的设计和调整中，机械消隙经弹簧施加的轴向カ大小，最理想的情况是与马达的综合负载基本一祥，且随外载变化而变化，如此会带来控制系统的复杂化。因此，目前消除齿隙的轴向カ是固定的，弹簧弹性位移调为一定值后，轴向カ就固定了。为了雷达在最大载荷下工作时也能可靠地消除齿隙，轴向カ的值必须根据最大的负载和系统的摩擦カ矩而确定，在外载荷较小时，轴向力却仍是这么大，使得齿轮系统负载力矩加大，系统经常承受最大的负载カ矩，加速了齿轮的磨损，这是机械消隙装置的缺点之一，另外ー个缺点是附加的消隙齿轮系统增大系统的惯量，削弱了系统的刚度，从而限制了伺服系统的带宽，降低系统的跟踪精度，从而使弹簧机械消隙方法在伺服系统的消隙中的应用逐渐减少。双电机电消隙目前在中、大口径雷达伺服系统的方位、俯仰伺服支路的消隙中应用较多，其由两套独立的电流环和功率放大器分别驱动两台执行电机，两台执行电机分别联接在结构上完全相同的两台减速器上，两台减速器的输出小齿轮共同啮合负载大齿轮，如图2所示。两套独立的电流环的指令由带有偏置电路的速度环路分配，控制两驱动电机使两台减速器在静止的情况下产生相反的偏置力矩实现消隙的功能，如图3(a)所示。天线负载运转的情况下，依据速度指令的大小产生不同的电流环控制指令，当速度指令较小时，通过电流环控制电机使减速箱输出小齿轮始终啮合在负载大齿轮的不同侧啮合面消除伺服系统的齿隙；当速度指令较大时，速度环指令分配电路通过电流环控制两台电机使两台减速器啮合在大齿轮的同名侧，共同完成负载的驱动。如图3(b)所示，Mz为双电机产生的综合力矩，MpM2分别为直流执行电机I和直流执行电机2产生的カ矩。综合目前精密跟踪雷达消隙技术方法应用情况，弹簧机械消隙结构复杂、系统惯量大、刚度低，而双电机消隙成本高、电路和调整复杂。
技术实现思路
本技术的目的是提供ー种精密測量雷达伺服系统消隙的重力失配装置，不仅可以实现天线驱动机构的消隙要求，保证雷达伺服系统的跟踪精度，同时也保证了天线机械结构的安全可靠。本技术的技术方案是ー种精密測量雷达伺服系统消隙的重力失配装置，其特征是在于该重力失配装置包括驱动电机、单输入单输出減速箱、減速箱输出齿轮和俯仰输出大齿轮，在单输入单输出减速箱内设有四组齿轮，雷达天线仰角驱动轴与俯仰输出大齿轮刚性连接，在雷达天线仰角机械结构天线端或者尾部加有配重块，将重力失配引起的偏置电流设置为大于摩擦力矩引起的电流且将该电流控制在仰角驱动电机额定电流的12% ±2% 之间。本技术天线仰角支路的动力传动链中的減速箱只是一台普通減速箱，如图4所示，減速箱传动比依据雷达天线转速、仰角驱动电机额定转速等參数选择，雷达天线仰角驱动轴与減速箱输出大齿轮轴刚性连接，此时天线仰角机械结构相对于仰角中心转轴不再重力平衡，而是根据天线保精度工作阵风风速、保精度工作加速度以及摩擦情况有意将仰角机械结构天线端配重或者仰角机械结构尾部配重。相对于仰角机械结构中心转轴，当将天线仰角机械结构天线端配置较重的情况下，当仰角向上或向下运行吋，依靠失配的重力向下カ矩使仰角输出扇形大齿轮的向上(或向下)驱动啮合面始終紧贴减速箱，从而达到消除齿隙的目的。很显然，即是在同样的天线转速下，天线向上和向下运行时伺服驱动电机的输出力矩是不平衡的，向上驱动天线时伺服电机输出的力矩较向下驱动天线输出的カ矩大；相反，当仰角机械结构尾部配置较重的情况下，以上各情况正好相反。经过相关分析计算，在重力失配程度相同的情况下，天线头部配重消隙效果好于天线尾部配重消隙。利用仰角重力失配消隙时，其主要目的就是利用失配重力产生的力矩和电机输出カ矩共同作用下使仰角大齿轮的驱动啮合面一侧始终紧贴驱动减速箱的输出齿轮的一面。但是，过于公式化设计将有可能使重力失配太多从而威胁到天线的安全。因此，在实际重力失配參数的设计中，在考虑摩擦カ矩、惯性カ矩以及阵风カ矩的情况下，一般都将重力失配引起的偏置电流设置为大于摩擦力矩引起的电流且将该电流控制在仰角驱动电机额定电流的12% (±2%)，如此不仅可以实现天线驱动机构的消隙要求，保证雷达伺服系统的跟踪精度，同时也保证了天线机械结构的安全可靠。本技术将采用单输入、单输出结构的普通減速箱，同时突破传统天线结构在俯仰方向要求平衡调整的限制，创新性的提出仰角重力失配消隙方法，从而使中、小口径天线仰角机械结构明显简化，克服了弹簧机械消隙和双电机消隙的不足，显著降低系统实现成本和调整 难度，同时保证了良好的消隙性能。附图说明图I是弹簧机械消隙的齿轮箱齿轮系统结构图。图2是双电机消隙联接图。图3a是双电机消隙传动原理图。图3b是双电机カ矩分配关系示意图。图4是本技术仰角重力失配消隙结构图。图5是增加重力失配消隙前后仰角跟踪随机误差曲线图。具体实施方式仰角重力失配消隙方法的应用大大筒化了雷达伺服结构系统的设计。但是考虑到驱动功率、系统固有频率以及雷达天线结构安全，只推荐将仰角重力失配消隙方法应用在中、小口径(天线直径7米以下)雷达伺服系统结构消隙中。具体设计中天线结构仰角驱动链路只采用普通減速箱的单链路驱动，具体如图4所示。该重力失配装置包括驱动电机、单输入单输出减速箱2、减速箱输出齿轮3和俯仰输出大齿轮4，在单输入单输出减速箱2内设有四组齿轮，雷达天线I仰角驱动轴与俯仰输出大齿轮4刚性连接，在雷达天线仰角机械结构天线端或者尾部加有配重块5。为验证仰角重力失配消隙方法的消隙性能，现将重力失配消隙方法应用于ー套已经工作30年的某型号单脉冲雷达，以比较采用重力失配消隙方法前后雷达伺服系统的跟踪精度。该型号单脉冲雷达天线座方位驱动机械结构和仰角驱动机械结构动カ传动链齿轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精密测量雷达伺服系统消隙的重力失配装置，其特征在于该重力失配装置包括驱动电机、单输入单输出减速箱(2)、减速箱输出齿轮(3)和俯仰输出大齿轮(4)，在单输入单输出减速箱(2)内设有四组齿轮，雷达天线(1)仰角驱动轴与俯仰输出大齿轮(4)刚性连接，在雷达天线(1)仰角机械结构天线端或者尾部加有配重块(5)，将重力失配引起的偏置电流设置为大于摩擦力矩引起的电流且将该电流控制在仰角驱动电机额定电流的12％±2%之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王录，路建功，张维宁，刘彦强，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六三六部队，
类型：实用新型
国别省市：