阅读说明：本技术 阵列天线伺服装置 (Array antenna servo device ) 是由 赵海强 卢继东 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开阵列天线伺服装置,包括前天线组件、主梁、收藏架、后天线组件；所述前天线组件的底端固定设有前天线连接支架；所述后天线组件固定安装于中部连接支架,所述中部连接支架的两侧分别设有侧翼连接支架；所述主梁的一端顶部与前天线连接支架固定连接,另一端顶部与侧翼连接支架固定连接,底部设有蜗轮蜗杆减速机；所述主梁的两侧分别与相邻的侧翼连接支架通过电动推杆组连接；所述蜗轮蜗杆减速机通过撑杆与主梁固定连接。本发明可根据需求使天线大幅度调整方位及角度,且通过保护装置,避免天线在调整过程中幅度超过极限引发意外状况。(The invention discloses an array antenna servo device, which comprises a front antenna component, a main beam, a storage rack and a rear antenna component, wherein the main beam is arranged on the front antenna component; a front antenna connecting bracket is fixedly arranged at the bottom end of the front antenna assembly; the rear antenna assembly is fixedly arranged on the middle connecting support, and two sides of the middle connecting support are respectively provided with a side wing connecting support; the top of one end of the main beam is fixedly connected with the front antenna connecting support, the top of the other end of the main beam is fixedly connected with the side wing connecting support, and the bottom of the main beam is provided with a worm gear speed reducer; two sides of the main beam are respectively connected with the adjacent side wing connecting supports through electric push rod sets; the worm gear speed reducer is fixedly connected with the main beam through a support rod. The antenna can be greatly adjusted in direction and angle according to requirements, and the accidental condition caused by the fact that the amplitude of the antenna exceeds the limit in the adjusting process is avoided through the protection device.)

阵列天线伺服装置

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及阵列天线伺服装置。

背景技术

当前的天线装置，大多结构简单，功能单一，难以满足越来越复杂多变的应用需要，不足以实现微波信号对目标的覆盖。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供阵列天线伺服装置，可达到根据需求使天线大幅度调整方位及角度，且通过保护装置，避免天线在调整过程中幅度超过极限引发意外状况的有益效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：阵列天线伺服装置，包括前天线组件、主梁、收藏架、后天线组件；

所述前天线组件的底端固定设有前天线连接支架；所述后天线组件固定安装于中部连接支架，所述中部连接支架的两侧分别设有侧翼连接支架；

所述主梁的一端顶部与前天线连接支架固定连接，另一端顶部与侧翼连接支架固定连接，底部设有蜗轮蜗杆减速机；

所述主梁的两侧分别与相邻的侧翼连接支架通过电动推杆组连接；

所述蜗轮蜗杆减速机通过撑杆与主梁固定连接。

作为优选，所述侧翼连接支架均通过多个铰接合页与中部连接支架连接；主梁水平时，前天线连接支架位于收藏架上方，收藏架与主梁的底端接触；所述主梁的两侧及侧翼连接支架的底端均固定设有推杆支耳；所述收藏架的顶端设有固定销，中部固定设有限位开关。

作为优选，每个所述电动推杆组均包括两个电动推杆、步进电机、同步连杆；每个电动推杆的两端均分别铰接设于推杆支耳；两个所述电动推杆之间通过同步连杆驱动连接，其中一个电动推杆通过驱动连接设有步进电机。

作为优选，所述蜗轮蜗杆减速机分别通过驱动连接设有俯仰电机、方位电机，俯仰电机、方位电机分别对应设有俯仰轴角编码器、方位轴角编码器；蜗轮蜗杆减速机的上部蜗轮及下部蜗轮部分均固定设有连接件。

作为优选，所述蜗轮蜗杆减速机的两侧均设有撑杆；每个所述撑杆的一端均固定安装于主梁的底端，另一端固定安装于蜗轮蜗杆减速机上部的连接件一侧；所述蜗轮蜗杆减速机上部的连接件的顶端固定安装于主梁的底端。

作为优选，所述蜗轮蜗杆减速机上部的连接件一侧对称固定设有两个限位开关，蜗轮蜗杆减速机的上部同侧壳体固定设有两个感应板；

所述蜗轮蜗杆减速机下部的连接件顶部对称固定设有两个限位开关，蜗轮蜗杆减速机的顶部壳体固定设有两个感应板。

作为优选，所述俯仰电机、步进电机、方位电机、限位开关、俯仰轴角编码器、方位轴角编码器分别通过电缆电性连接接入外部控制系统。

作为优选，所述控制系统由天线控制器和天线驱动器组成，天线控制器和天线驱动器之间通过CAN线连接。

作为优选，所述天线控制器内设有单片机；单片机通过电源适配器与外部电源电性连接，分别接入按键、电源指示、液晶显示及外部定位定向模块；通过串口转换网口模块与外部监控计算机连接。

作为优选，所述天线驱动器内设有单片机组、方位电机驱动器和俯仰电机驱动器；单片机组通过电源适配器与外部电源电性连接，接入电源指示，分别与方位电机驱动器、俯仰电机驱动器及外部的限位开关电性连接；方位电机与方位电机驱动器电性连接；俯仰电机与俯仰电机驱动器电性连接；俯仰轴角编码器、方位轴角编码器分别接入天线驱动器的CAN接口。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明可根据需求使天线大幅度调整方位及角度，且通过保护装置，避免天线在调整过程中幅度超过极限引发意外状况。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2-3为本发明的左视图；

图4为本发明的俯视图；

图5为本发明的主梁部分的结构示意图；

图6为本发明的组合式蜗轮蜗杆减速机部分的结构示意图；

图7为本发明的组合式蜗轮蜗杆减速机部分的俯视图；

图8为本发明的组合式蜗轮蜗杆减速机部分的侧视图；

图9为本发明的结构示意图；

图10为本发明的伺服控制框图；

图11为本发明的伺服控制原理图；

图12为本发明的电缆关系图。

图中1-底座，2-俯仰电机，3-组合式蜗轮蜗杆减速机，4-撑杆，5-主梁，6-收藏架，7-前天线组件，8-侧翼连接支架，9-中部连接支架，10-后天线组件，11-电动推杆，12-步进电机，13-同步连杆，14-前天线连接支架，15-铰接合页，16-方位电机，17-限位开关，18-感应板，19-俯仰轴角编码器，20-方位轴角编码器，21-推杆支耳，22-连接件，23-固定销。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明的实施例公开了阵列天线伺服装置，如图所示，其包括前天线组件7、主梁5、收藏架6、后天线组件10；

前天线组件7的底端固定设有前天线连接支架14；后天线组件10固定安装于中部连接支架9，中部连接支架9的两侧分别设有侧翼连接支架8；

主梁5的一端顶部与前天线连接支架14固定连接，另一端顶部与侧翼连接支架 8固定连接，底部设有蜗轮蜗杆减速机3；

主梁5的两侧分别与相邻的侧翼连接支架8通过电动推杆组连接；

蜗轮蜗杆减速机3通过撑杆4与主梁5固定连接。

本实施例中，侧翼连接支架8均通过多个铰接合页15与中部连接支架9连接；主梁5水平时，前天线连接支架14位于收藏架6上方，收藏架6与主梁5的底端接触；主梁5的两侧及侧翼连接支架8的底端均固定设有推杆支耳21；收藏架6的顶端设有固定销23，中部固定设有限位开关17。

本实施例中，每个电动推杆组均包括两个电动推杆11、步进电机12、同步连杆 13；每个电动推杆11的两端均分别铰接设于推杆支耳21；两个电动推杆11之间通过同步连杆13驱动连接，其中一个电动推杆11通过驱动连接设有步进电机12。

本实施例中，蜗轮蜗杆减速机3分别通过驱动连接设有俯仰电机2、方位电机16，俯仰电机2、方位电机16分别对应设有俯仰轴角编码器19、方位轴角编码器20；蜗轮蜗杆减速机3的上部蜗轮及下部蜗轮部分均固定设有连接件22。

本实施例中，蜗轮蜗杆减速机3的两侧均设有撑杆4；每个撑杆4的一端均固定安装于主梁5的底端，另一端固定安装于蜗轮蜗杆减速机3上部的连接件22一侧；蜗轮蜗杆减速机3上部的连接件22的顶端固定安装于主梁5的底端。

本实施例中，蜗轮蜗杆减速机3上部的连接件22一侧对称固定设有两个限位开关17，蜗轮蜗杆减速机3的上部同侧壳体固定设有两个感应板18；

蜗轮蜗杆减速机3下部的连接件22顶部对称固定设有两个限位开关17，蜗轮蜗杆减速机3的顶部壳体固定设有两个感应板18。

本实施例中，俯仰电机2、步进电机12、方位电机16、限位开关17、俯仰轴角编码器19、方位轴角编码器20分别通过电缆电性连接接入外部控制系统。

本实施例中，控制系统由天线控制器和天线驱动器组成，天线控制器和天线驱动器之间通过CAN线连接。

本实施例中，天线控制器内设有单片机；单片机通过电源适配器与外部电源电性连接，分别接入按键、电源指示、液晶显示及外部定位定向模块；通过串口转换网口模块与外部监控计算机连接。

本实施例中，天线驱动器内设有单片机组、方位电机驱动器和俯仰电机驱动器；单片机组通过电源适配器与外部电源电性连接，接入电源指示，分别与方位电机驱动器、俯仰电机驱动器及外部的限位开关电性连接；方位电机与方位电机驱动器电性连接；俯仰电机与俯仰电机驱动器电性连接；俯仰轴角编码器、方位轴角编码器分别接入天线驱动器的CAN接口。

蜗轮蜗杆减速机(3)为组合式蜗轮蜗杆减速机，内部支撑为四点接触转盘轴承，这种轴承的承载能力及抗倾覆能力较强，并可使方位轴向尺寸短小。末级传动均为自锁式蜗轮蜗杆，同时在限位设计上采用了软件限位和电气限位来确保设备及操作的安全性。提供了固定销的开关检测信号，该信号与转台电机组成连锁保护，来确保设备及操作的安全性。

天线架采用40*60*2.5的矩形钢管焊接而成，在安装天线面的层面用4mm钢板铺设，背面焊接有20mm厚安装板。焊接完成后热处理，然后表面精密加工，天线链接孔有数控直接作出，提高安装精度和表面精度。

俯仰轴角编码器(19)、方位轴角编码器(20)均为16位绝对值低温编码器，用于角度反馈。磁环型号：MHA7ASA16BT10F00；读头型号：MRA7D049AA025B00。

电动推杆(11)为LAP40型。

俯仰电机(2)为GK6083-6AC31-RB-b型，连接电机驱动器ISF60AK250X型，适配电机5.5KW，带抱闸，驱动进行俯仰旋转。方位电机(16)为GK6042-6AF31-RB-b型，连接电机驱动器ISF10AK250X型，适配电机1.25KW，带抱闸，驱动进行水平的方位旋转。

电缆及接插件：

跟随转台运动部分的电缆采用柔性电缆，固定电缆采用常规型号。柔性电缆型号：EKM715973。

电缆包括各种电机动力线、电源线、信号反馈线和通信线电机动力线采用铜网屏蔽电缆，信号线采用屏蔽线或屏蔽双绞线。

PC104控制板卡：(工作环境温度：-20℃～+70℃)

型号：CPU板卡(VDX-6421-600昭营科技)

定时及D/A(ADT652-N,深圳盛博科技)

光格IO驱动(PM540、PM541,北京中泰研创)

限位开关(工作环境温度：-40℃～+85℃)

型号：E2EX5ME1(OMRON)

开关电源(工作环境温度：-20℃～+55℃)

型号：GS90A24-P1M(中国台湾明纬)

URB2412D-30WR2、URB2405LD-20WR3(深圳金升阳)。

伺服控制原理：

推导开环传递函数：W(S)≈Ka(τS+1)/S2(T2S2+2ζTS+1)

Ka＝KD/A.K调.Kv/(i.)

KD/A——数字D/A增益(取决于编码器位数和D/A的分辨率)

K调——位置调节器增益

Kv——速度环增益

τ——位置调节器积分时间常数

T——二阶振荡环节时间常数

i——减速比

在实际工程设计中，T和传动结构、电机本身参数相关为一定值，Ka和τ的值跟系统谐振频率相关，通过反复调试方可确定最佳参数。

位置调节器传递函数为：W(s)＝K调。(τS+1)/S

其中含有一个积分环节，提高了系统的阶次，加之前级的速度-位置积分环节，系统构成二型系统，使系统具有相当高的跟踪精度。工作时计算机采集轴角编码器数据，和上位机给出的指令角进行数字比较后送出偏差值，经过PID运算给出模拟信号到驱动器，天线实时指向指令角位置。

环境条件对设备可靠性有着重要的影响。为了提高系统可靠性，在设计阶段就考虑设备的防护措施。对于室外设备，采用的主要措施如下：

天线座架所有钢结构件出厂前进行镀锌锌表面处理，表面厚度≥50μm；天线座架安装后，喷涂丙烯酸聚氨酯类底漆(厚度40μm～60μm)和丙烯酸聚氨酯类底漆 (厚度不小于60μm)；

在运输、安装过程中，避免损坏热浸锌表面；如果小部分热浸锌表面受损处，先喷涂锌加涂料，再喷涂底漆和面漆；

天线面板及铝件进行导电氧化处理(厚度6μm)，喷涂8号锶黄漆和白色丙烯酸聚氨酯类漆，漆膜厚度约60μm；

表面喷涂质量达到：漆膜均匀饱满，无明显收缩、刷痕、起泡、浮色、桔皮、泛黄；无堆漆、无漏色；

紧固件与天线寿命相适应，M12以下紧固件采用奥氏体不锈钢材制造，其余采用4.8级普通紧固件；

封闭式结构设计

对含电气元件的设备单元均进行加罩密封处理。为进一步保证电机的三防性能，选用三防电机，电机上有风扇冷却措施。

开放式结构设计

天线结构和座结构设计尽可能避免积水和凹凸不平结构，否则应设有排水孔。反射体骨架主要部分均为焊接件，为减少腐蚀源，在焊接时尽量采用封闭焊。

暴露在外的轴均采用氮化处理。

钢结构的所有外部焊缝应为满焊。

暴露在外的电缆接插头采用热缩管密封或用密封胶密封。

暴露在零部件结构面涂润滑脂，结构缝隙用密封胶密封。

方位、俯仰转轴和驱动装置内部加注二硫化钼优质润滑脂。

天线控制器为ACU伺服控制单元；天线驱动器为ADU伺服驱动单元。

天线控制器：

主板：VDX-6421，PC104总线，X86架构；

扩展板卡：

ADT652，104总线，D/A转换,定时卡及16位并口；

PM541，104总线，OC门输出；

PM540，104总线，光隔输入；

编码器SSI解码板，120K波特率，两路采集通道，差分传输，16

位并行总线IO；

控制转接板，各轴信号转接输入与输出。处理限位状态，板卡和伺服驱动器的控制逻辑转接功能；

锁定及解锁转接板，锁定及解锁状态输入逻辑功能组合；

显示单元：5段LED显示轴角数据，LED显示限位状态；

手控按钮及开关：现场手动操作输入接口；

开关电源：DC24V/3A，DC5V/5A,DC12V/2A。

方位旋转和俯仰旋转的限位检测采用限位开关，即非接触式感应开关(OmronE2EX5ME1，NPN型输出，常开型，24V供电)，当方位轴或俯仰轴转到限位区域内，有金属块进入到感应开关感应区域，感应开关输出闭合状态并对地导通，主控板经过光电隔离接口板(PM540)读取到该状态，进行该方向停车操作。

锁定及解锁检测装置同样采用限位开关，即非接触式感应开关(Omron E2EX5ME1，NPN型输出，常开型，24V供电)。当系统上电工作时，锁销应当处于锁定状态，电机驱动器处于断电状态，此时应人工操作完成解锁，当锁销解锁到位后，对应感应开关被感应，输出闭合状态，电机驱动器才上电。当系统工作完毕，天线引导到收藏位(方位和俯仰零位)，此时需要人工操作完成锁销的锁定动作，当锁销锁定到位，感应装置送出闭合状态，驱动器断电。

控制系统采用计算机闭环控制方案，可使设计者可以更灵活地进行环路设计和采用不同的数学模型，而在设计好硬件电路后，可以随时针对后发现问题进行有针对性的补偿和改动(通过软件编写，加入新的补偿算法和滤波算法等，进行持续的完善过程)，而无需改动硬件电路部分，这个优势是模拟控制设计无法比拟的。

天线控制器、天线驱动器、限位开关和电机通过CAN总线交互数据信息。天线控制器通过网络接口与监控计算机进行通信，接收监控计算机的控制和查询指令，执行指定动作、上报天线姿态信息。

监控计算机通过RS232接口和ACU的PC104工控机进行指令下发和数据信息交换。工作时主控板给出D/A信号到伺服驱动器的速度输入端口，电机驱动器控制电机旋转带动减速器出力使轴向变化，从而改变天线指向。编码器和轴端相连，感应出轴角变化，数据上传到PC104工控机。工控机读取各类数据(包括轴角、限位状态、锁止状态、驱动器运行状态、上位机命令、本地手动操作命令等)并实时发出各种控制指令和上传数据从而实现总控和管理功能。

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。应当注意，为了清楚的进行表述，本发明的说明中省略了部分与本发明的保护范围无直接明显的关联但本领域技术人员已知的部件和处理的表述。