舰载雷达稳定平台设计说明书.docx
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1、精品文档,仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除目录1. 引言22. 稳定平台的性能要求23. 稳定平台的组成及工作原理34. 机电式稳定平台驱动系统传动形式45. 舰载雷达稳定平台控制系统框图56. 单片机的选择61)8051单片机基本组成 72)复位电路及时钟电路87. 外扩RAM的选择81)外存储器的选择82)SRAM6264与单片机的连接方法98. 角位移传感器的选择109. A/D转换器的选择1110. 角位移传感器与A/D之间运放电路的设计1211. 陀螺仪的选用1312. D/A转换器的选择1513. DAC0832外接运算放大器的设计1714. 伺服单元以及交流伺服电机的选择1
2、815. 电源的设计1916. 结语2117. 参考文献22舰载雷达稳定平台设计说明书题目说明:两自由度稳定平台用于保证船载雷达不受海浪颠簸的影响,始终保持雷达底座得水平.使用时在运动平台上安装两个角位移传感器,实时检测平台的位姿.而后根据测量得到的平台转角包括俯仰和滚动角度,来控制电机进行角度补偿,从而保证上平台始终水平。为保证控制精度,系统采用伺服电机作为驱动部分。1、 角位移传感器检测电路2、 伺服电机驱动电路3、 单片机及其接口电路4、 系统结构图1. 引 言舰载雷达的天线座通常由方位转台和双轴稳定平台组成。它安装在舰艇桅杆的顶部,工作在海洋环境中。由于舰艇以及安装在舰艇桅杆顶部的天线
3、座和安装在天线座方位转台上的雷达天线受海上风浪的扰动而产生纵、横摇及垂荡(升沉)运动,使得方位水平基准不断地发生变化,而舰艇摇荡运动和遭遇风浪均属随机过程变量,使雷达天线探测波束受舰艇摇摆的影响而不稳定,常会使被探测目标丢失,所以舰载雷达通常必须设置稳定平台,使稳定平台的纵摇和横摇驱动系统补偿舰艇的摇摆运动,使方位轴的轴线和水平面保持垂直,从而保证天线在水平面内作方位旋转运动,目标也不会因舰艇摇摆而丢失,确保了对空、对海探测的精度,保证了舰载雷达的正常工作。2.稳定平台的性能要求 对于舰载警戒雷达来说,它的天线座通常是由方位转台和双轴稳定平台组成的。它安装在舰船桅杆的顶部,工作在海洋环境中。在
4、伺服系统的控制下,方位转台的驱动系统能使天线以所需要的转速旋转。稳定平台的纵摇和横摇驱动系统能补偿舰船的摇摆运动,使方位轴的轴线与水平面保持垂直,从而保证天线在水平面内作方位旋转运动。舰载雷达稳定平台必须满足下述性能要求:(1)稳定平台架设在舰艇上,基座是不稳定的。因为舰艇在航行时会发生纵摇、横摇、升沉及航向改变。根据舰艇的摇摆幅度和摇摆周期,稳定平台的纵摇和横摇驱动系统必须满足架设在方位转台上的天线所需要的摇摆范围、摇摆角速度和角加速度, 补偿舰艇的摇摆运动。一般稳定平台纵、横摇的工作角度和周期为:纵摇: 工作角度5 (最大10),平均周期4-7s。横摇: 工作角度20(最大25),平均周期
5、712s。(2)稳定平台的纵、横摇驱动系统以及方位驱动系统应具有良好的传动性能,工作可靠,维护方便。(3)稳定平台应具有足够的稳定精度 对于舰载警戒雷达,稳定误差通常要求在摇摆范围内小于05。(4)稳定平台应具有足够的强度和刚度,布局要合理,结构要紧凑。(5)尽量减轻稳定平台的重量,以利于降低舰艇的重心,提高舰艇的稳定性。(6)稳定平台应在相对风速40ms时正常工作,相对风速55nas时不损坏。(7)稳定平台应具有水平锁定功能、机械限位保护功能和自动归零功能。3.稳定平台的组成及工作原理 舰载雷达的稳定平台通常由纵摇驱动系统、横摇驱动系统、轴位传感装置、平台、由纵横摇框架组成的框架组件(或十字
6、架)、基座等部件组成。横摇轴与舰首尾线平行,纵摇轴与舰首尾线垂直。纵摇驱动系统带动纵摇轴摆动,横摇驱动系统带动横摇轴摆动。稳定平台的工作原理如图1所示。图中方位水平仪(即垂直陀螺仪)装在舰上,其运动示意图如图2所示。在万向架上装有几个高速转动的转子,它的横摇轴也与舰首尾线平行,纵摇轴与舰首尾线垂直,纵摇轴和横摇轴上也装有轴位传感器。高速转动的陀螺,可以形成稳定的水平基准。当舰艇在海上航行发生纵、横摇时高速陀螺保持水平,方位水平仪的纵、横摇轴产生与舰艇摇摆方向相反的转动,在纵、横摇轴上的轴位传感器产生摇摆信号P、R,与稳定平台纵、横摇轴轴位传感装置信号P 、R 进行比较,得出误差信号Ep和Er经
7、过放大,加到纵、横摇驱动系统,使稳定平台的纵、横摇轴跟随方位水平仪的纵、横摇轴转动,保持稳定平台水平。4.机电式稳定平台驱动系统传动形式表 l 机电式稳定平台驱动系统的传动形式雷达类型机电式稳定平台驱动系统的传动形式A 型(图3)半框架式稳定平台,机座安装在舰艇上。纵摇和横摇驱动电机通过二级齿轮传动和一级滚珠丝杠传动 分别使天线系统作纵摇和横摇运动。横摇驱动装置设置在基座上,横摇滚珠丝杠与横摇框架转销连接,纵摇驱动装置设置在横摇框架上,纵摇滚珠丝杠与纵摇框架转销连接。驱动电机采用某厂推出的IFT5交流伺服电机,它带有制动器、测速机和编码器。B型(图4)全框架式稳定平台,机座安装在舰艇上。纵摇和
8、横摇驱动电机通过二级齿轮传动和一级滚珠丝杠传动 分别使天线系统作纵摇和横摇运动。横摇驱动装置设置在基座上,横摇滚珠丝杠与横摇框架转销连接,纵摇驱动装置设置在横摇框架上,纵摇滚珠丝杠与纵摇框架转销连接。驱动电机采用某公司推出的新型伺服电机 它带有制动器、测速机和编码器。C型(图5)半框架式稳定平台,机座安装在舰艇上 纵摇和横摇驱动电机通过谐波减速器和一级扇形齿轮传动分别使天线系统作纵摇和横摇运动。横摇驱动装置设置在基座上,横摇扇形齿轮固定在横摇轴上。纵摇驱动装置设置在横摇框架上,纵摇扇形齿轮固定在纵摇轴上。驱动电机采用某厂推出的IFT5交流伺服电机,它带有制动器、测速机和编码器。5.舰载雷达稳定
9、平台控制系统框图图6控制系统框图由垂直陀螺仪和两个角位移传感器将角度信号传送给单片机,经过程序运算控制后经过DA转换放大给伺服单元,进而控制伺服电机转动以保持平台稳定,各种芯片和元件的供电均由电源提供。6.单片机的选择本设计采用MCS-51系列单片机中的8051。MCS-51单片机主要包括的内部结构有8位的CPU、4KB的ROM存储器、128B的RAM存储、两个定时器/计数器、中断系统、4个并行I/O接口、1个串行接口和片内的时钟振荡器。MCS-51单片机像一般的微处理器一样采用了总线结构,即内部的各个基本组成部分是通过总线联系在一起的,运行过程中产生的数据信息、地址信息和控制信息是分别通过内
10、部的数据总线、地址总线和控制总线进行传递的。这里选用的是8051单片机,它的引脚如下图7.双列直插式封装8051单片机引脚图1)8051单片机基本组成 1中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)是单片机的核心,完成运算和控制功能,MCS-51单片机的CPU能处理8位二进制数或代码。 2、内部数据存贮器(内部RAM)8051共有256个RAM,其中128个被占有寄存器占用,能作为寄存器供用户使用的只有128个单元,简称内部RAM3、内部程序存贮器(内部ROM)8051共有4K掩膜ROM,用于存放程序,原始数据,表格。称程序存贮器,简称内部ROM4、定时器/计数器8051共有2个16位定时器/计数
11、器,以实现定时或计数功能,并以定时或计数结果对计算机进行控制5、并行I/O口8051共有8个I / O口P0 P1P2 P3以实现数据的并行输出,输入。6、串行I/O口MCS-51的一个全双工的串行口,以实现单片机与其它设备之间的串行数据传输。该 口功能较强,既可作为全双工异步通信收发器使用,也可作为同步移位器使用。7、中断控制系统8051共有5个中断源,外中断2个,定时器/计数中断2 个,串行中断1 个。分为高级和低级两个级别。8、时钟电路MCS-51内部有时钟,但晶振和微调电容需外接。系统允许最高频率为12MHZ2)复位电路及时钟电路这里采用上电复位电路,下面是8051的复位电路和时钟电路
12、图:图9.上电复位电路 图10. 时钟电路7.外扩RAM的选择由于单片机的内部存储器资源比较有限,所以经常需要对其进行存储器的外部资源扩展。扩展程序存储器一般采用并行方式。扩展数据存储器可以选择并行或串行方式,并行方式的存取程序比较简单,一般读写只要用1条指令就能实现,但连线复杂,必须连接多条数据线和地址线;串行方式连线简单,只需要1根或2-3根的连接线,但存取指令比较复杂,数据吞吐速度慢,因而使用较少。1)外存储器的选择外扩存储器的选择包括存储器类型的选择、存储器容量的选择和存储器的读写速度选择等。选择存储器的类型就是要考虑是选择RAM还是ROM,这通常根据存储器的用途来确定。如果存储器是用
13、来存放系统程序或应用程序的,则应选用ROM,以便于软件的保存。在批量不大时可选用ERROM,批量大时可采用掩膜ROM。RAM一般用来存放系统中经常变化的数据,如采集到的数据、输入的变量等。本设计选用的是RAM 用于存放系统中变化的数据选择的存储器的读写速度应和CPU的工作速度相匹配。反映CPU工作速度的指标是CPU的访存时间。通常将MCS-51对外部存储器进行读写所需要的时间称为MCS-51的访存时间,指的是它向外部存储器发出地址码和读写信号到从P0口选通读出数据或保持写入存储器的最大存取时间,这个时间至少需要两个时钟周期以上。反映存储器工作速度的指标是存储器的最大存取时间。存储器最大存取时间
14、是存储器固有的参数,该参数可以从庸官手册中获得。为了是MCS-51和外部存储器同步、可靠工作,MCS-51的访存时间必须大于所用外部存储器的最大存取时间。在综合考虑上述因素的基础上,再结合性价比等方面可进一步选择存储器芯片的型号和数量。这里选用8Kx8的SRAM6264。2)SRAM6264与单片机的连接方法,见下图图8.8051单片机与SRAM6264接口电路8.角位移传感器的选择一般稳定平台纵、横摇的工作角度和周期为:纵摇: 工作角度5 (最大10),平均周期4-7s。横摇: 工作角度20(最大25),平均周期712s。所以选择角位移传感器的工作角度需要大于25,所选择的直流可变电感式角位
15、移传感器RVIT-15-60工作时。导电扰流器有传感器轴带动旋转。改变印制电路线圈生成的磁场。通过获得专利的自动处理电路加以精密测量。此信号然后被转换为与转角成正比例的线性直流输出信号。它的数字信号可抗环境干扰, 建功多数的数字电子设备。对于需要微处理接口的OE客户,可订制脉冲宽度调制输出。批量OEM客户还可以选择调压单端或双极输出、扩展量程和定制校准。RVIT采用标准的安装面板或可选四孔凸缘安装方式。 对于易被污染的应用,采用带轴密封的凸缘安装座。RVIT具有较广的工作温度范围、无限的分辨率,使用寿命长。标准RVIT 15-60角位移传感器仿效电位计, 输入电压的任何变化都会导致输出电压相应
16、变化。 尽管此输出是比率输出,RVIT-15-60能够提供相当高的比例系数。在60度的扩展量程内,每度为50毫伏。此外。RVIT的非接触式设计具有极高的精度(0.25%FS).理论上接近无限的使用寿命。图11.RTIT-15-60结构尺寸图12.布线方法表2.RVIT-15-60性能指标规格 RVIT-15-60量程 . 60输入电压(标称) . +5 VDC灵敏度 . 0.05V/输出电压(标称) . 3 VDC输入电流(最大) . 14 毫安 输出电流(最大) . 5 毫安输出阻抗 . 1 欧姆频率响应 . 25 赫兹(-3分贝线性度误差 . 满量程输出的0.25%重复性和迟滞(最大) .
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