[实用新型]一种精密测量雷达伺服系统消隙的重力失配装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及航天测量与控制领域，具体涉及一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。 

背景技术

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。由于动力传动链中始终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，且动力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，增大速度回路增益和带宽，伺服系统要求动力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，伺服系统动力传动链采用一台对称布局的齿轮减速箱，如图1所示，该齿轮减速箱第一级两对啮合齿轮Z₁、 为螺旋齿轮，分别与左右对称的两对螺 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一轴向力，使二螺旋齿轮Z₁、 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、 向左右反对称各旋转一个角度，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力大小，最理想的情况是与马达的综合负载基本一样，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力是固定的，弹簧弹性位移调为一定值后，轴向力就固定了。为了雷达在最大载荷下工作时也能可靠地消除齿隙，轴向力的值必须根据最大的负载和系统的摩擦力矩而确定，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力矩，加速了齿轮的磨损，这是机械消隙装置的缺点之一，另外一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，M_Z为双电机产生的综合力矩，M₁、M₂分别为直流执行电机1和直流执行电机2产生的力矩。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。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种精密测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。 

本实用新型的技术方案是：一种精密测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、单输入单输出减速箱、减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。