车载雷达架设控制系统集成设计

发布时间：2020-03-25 20:20

【摘要】：传统车载雷达机电式自动架设控制系统体积大、架构复杂。为了实现撑腿电机和背架电机的小型化集成设计,在分析车载自动架设控制系统特点的基础上,提出了提高驱动系统功率密度及控制驱动一体化的设计方法。为了进一步提高雷达架设控制系统的集成设计,采用了以数字信号处理器(DSP)为核心的控制板替代传统可编程逻辑控制器(PLC)。给出了撑腿电机和背架电机驱动器的详细设计及主控系统的硬件架构和接口设计。
【图文】：

印制板,无刷直流电机,结构示意图

设系统的可靠性，简化控制算法，驱动电机采用无刷直流电机，无刷直流电机驱动器套轴安装在电机本体尾部。为了减小控制电路的电源压力，无刷直流电机的控制电源采用２４ＶＤＣ输入，驱动电源采用２２０ＶＡＣ整流后的３２０ＶＤＣ输入。为了与传统撑腿和撑杆匹配，无刷直流电机的额定速度为３０００ｒ／ｍｉｎ，并且输出轴及法兰接口相同。为了防止停机时，受重力作用电机反转，电机尾部增加电磁制动器。电机按照短时工作制设计，重量仅为传统伺服电机重量的１／３左右。无刷直流电机结构示意图如图２所示。图２无刷直流电机结构示意图３无刷直流电机驱动器无刷直流电机驱动器通过ＲＳ４８５串口接收主控制器发生的控制指令并驱动无刷电机正反运转，同时把电机的转速、电机状态通过ＲＳ４８５串口反馈给主控制器。无刷直流电机驱动器扩展有２路２４Ｖ开关量输入接口和１路制动器控制接口，这样撑腿或撑杆的限位开关和制动器就可以就近接入到无刷直流电机驱动器上，简化线缆布线，进一步，制动器的控制线直接通过内部焊接在无刷直流电机驱动器上。电机转子位置通过安装在驱动印制板上的３个霍尔传感器获取，并且通过软件差分计算出电机转速。无刷直流电机驱动器的原理框图如图３所示。由于电机驱动器要集成在无刷直流电机尾部，这就必然要求电机驱动器体积孝集成度高。为了简化系统架构，ＤＳＰ芯片选用ＴＩ公司针对电机控制领域开发的ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片，该芯片是３２ｂｉｔ定点处理器，主频高达１５０ＭＨｚ，具有１４路ＰＷＭ、可编程死区、２路ＳＣＩ、１６路１２ｂｉｔＡＤＣ、６路脉冲捕获、片上１２８Ｋ

外形图,外形图

图３无刷直流电机驱动器的原理框图０４５ＭＡ。该芯片的母线电压为５００Ｖ，驱动电流为４Ａ，最大峰值电流为３５Ａ，而封装尺寸仅为１２ｍｍ×１２ｍｍ。该芯片的外形图如图４所示，控制电路图如图５所示。（ａ）顶部（ｂ）底部图４ＩＲＳＭ８３６－０４５ＭＡ外形图图５控制电路框图通过控制电路可以看出，利用ＩＲＳＭ８３６－０４５ＭＡ搭建的无刷直流电机驱动电路外围电路及其简单，控制信号直接和ＴＴＬ或ＣＭＯＳ电平兼容。为了简化上管驱动电路的设计，，上管驱动电源采用自举电容供电，自举电容的容量计算参见文献［５］。为了尽可能减小功率驱动电路的热耗，无刷直流电机驱动采用ＨＰＷＭ－ＬＯＮ控制方式［６］。同时，驱动芯片顶部涂导热硅脂通过散热铝片与无刷直流电机壳体连接。以上两项措施保证了无刷直流电机驱动器在雷达架设工作的几分钟内不会因温度过高而损害。４主控制器设计如图１所示，主控制器用于接收键盘的指令，采集水平传感器、俯仰编码器和方位编码器的数据，控制撑腿电机和背架撑杆电机运转，并且把架设系统的状态反馈给显示屏进行显示。此外，主控制电路还给转台方位驱动器发送控制指令、接收转台方位驱动器反馈的故障状态。主控制器与水平传感器的接口为ＲＳ４８５串口，与俯仰编码器的接口、方位编码器的接口为ＳＳＩ串口，与撑腿电机和背架撑杆电机的接口为ＲＳ４８５串口，与显示屏的接口为地址和数据总线，与转台方位驱动器的接口为ＣＡＮ总线，与键盘的接口为外部８路ＩＯ口（４×４矩阵键盘）。此外，为了主控制器的通用型，还预留８路２４Ｖ开关量输入

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